含DFIG电网的故障分量方向保护

发布时间：2020-11-16 23:33

　　 双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)是目前风力发电的主流机型。受并网方式及控制策略影响,故障后DFIG表现出与同步发电机截然不同的故障特征,这使得DFIG大规模接入电网后,电网的故障特征发生显著变化,以同步发电机故障特征为基础的传统继电保护原理将受到严峻挑战。在含DFIG电网中,传统继电保护的性能显著下降,而目前尚无针对DFIG的继电保护原理,因此亟需改进和研发适用于DFIG电网的继电保护。本文以此为研究内容,对含DFIG电网中基于故障分量的继电保护相关理论和技术问题开展了深入研究。作为一种典型的故障分量保护,负序方向保护被广泛应用于输电线路纵联保护。传统负序方向保护的理论基础是保护安装处背侧系统的负序等值阻抗恒定,而DFIG接入使得电源的负序等值阻抗不再固定,导致传统负序方向保护在DFIG电网中的性能显著下降。为此,本文提出一种负序方向保护的改进方案。首先建立了用于负序等值阻抗计算的DFIG数学模型;进而推导了DFIG负序等值阻抗的基本特征,特别是其相角变化的规律;在此基础上提出一种负序方向保护的改进方案,并通过数字仿真验证了所提改进负序方向保护的有效性。理论分析和仿真结果表明,改进负序方向保护具有灵敏度高、可靠性高和自适应DFIG运行状态等优点,性能明显优于传统负序方向保护。含DFIG电网中短路电流具有频偏和谐波含量高的故障特征,这使得传统基于工频量的纵联保护原理性能显著降低。为了解决这一问题,本文提出了一种基于时域特征的保护新思路:结合故障分量思想,利用故障后电流波形与故障前电流波形的相似程度构成时域纵联保护新原理。首先分析了故障暂态电流波形特点,验证了DFIG与同步发电机提供的故障暂态电流波形与各自故障前电流波形的相似程度确实存在明显差异;进而利用Hausdorff距离表征出上述差异,构造出了基于全时域特征的保护新原理,并设计出了实用化的纵联保护动作判据。针对时域保护算法受个别异常数据影响严重的缺陷,提出了一种新的异常数据识别方法,进一步提高了抗干扰能力。通过对新原理和新判据的理论分析和仿真验证表明,所提时域纵联保护新原理能够准确、可靠地识别各种区内、外故障。最后,总结了本文的主要工作,并对进一步的研究工作进行了展望。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM315
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 论文研究的背景和意义
    1.2 含DFIG电网的故障分量继电保护研究现状
        1.2.1 DFIG故障特性研究
        1.2.2 DFIG故障分量保护研究
        1.2.3 时域保护原理研究
    1.3 本文主要研究内容
第二章 适用于DFIG送出线路的改进负序方向保护
    2.1 DFIG数学模型推导
        2.1.1 DFIG结构及控制策略
        2.1.2 DFIG基本数学模型
        2.1.3 计及LVRT影响的DFIG数学模型
    2.2 DFIG负序等值阻抗研究
        2.2.1 传统负序方向保护理论基础
        2.2.2 RSC控制下的DFIG负序等值阻抗及相角特征分析
        2.2.3 撬棒投入时的DFIG负序等值阻抗及相角特征分析
        2.2.4 DFIG负序等值阻抗相角特征总结
    2.3 负序方向保护改进方案
        2.3.1 基本思路
        2.3.2 动作判据及流程
        2.3.3 算例及分析
    2.4 仿真验证
        2.4.1 负序等值阻抗解析式验证
        2.4.2 不同故障下改进负序方向元件仿真验证
    2.5 本章小结
第三章 利用时域特征的纵联保护新原理
    3.1 时域特征分析
        3.1.1 故障暂态电流分析
        3.1.2 利用归一化方法提取故障差异
    3.2 基于Hausdorff距离算法的时域表征方法
    3.3 基于时域特征的纵联保护
        3.3.1 基本原理及保护判据
        3.3.2 保护实现
        3.3.3 阈值整定原则
        3.3.4 抗干扰措施
    3.4 仿真验证
        3.4.1 Hausdorff距离算法性能验证
        3.4.2 原理性验证
    3.5 本章小结
第四章 在PSCAD中实现所提保护方案的工程化方法
    4.1 基于PSCAD的保护方案实现方法
    4.2 实现本文所提保护方案的具体步骤
    4.3 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要工作总结
    5.2 待进一步的工作展望
参考文献
致谢
附录

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本文编号：2886791