双馈式风电场短路计算及保护整定优化研究设计
发布时间：2021-03-11 10:35
随着双馈式风电场大规模并网,其设计要求不断提高。集中并网风电场拓扑结构复杂,且现有风机普遍具有低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）能力,致使整个风电机群内部短路电流的计算变得困难。以往研究短路故障点多为母线PCC点处,较少考虑其他故障点,且没有考虑撬棒（Crowbar）保护是否投入。风电场集电线路距离长且回路多,常规电源的继电保护应用不仅存在适应性问题,且存在风电场继电保护与LVRT配合问题以及区域保护不协调问题。针对以上问题,对双馈式风电场短路电流计算算法和保护配合问题进行研究。首先改进了双馈式风电场短路计算算法的精确性和实用性。分别对Crowbar保护投入与变流器工作时的风电场故障情况进行仿真分析,并对风电场Crowbar保护投入阻值大小和投入时刻对故障的影响进行仿真分析。研究含Crowbar保护的双馈感应发电机（Doubly-Fed Induction Generator,DFIG）的短路暂态特性,在分析其单机短路电流实用计算阻抗模型的基础上,通过考虑故障发生后Crowbar保护投入与否进行聚类分群,同时计及集电线路和传输线路转移阻抗,采用等功...
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含Crowbar保护的DFIG并网结构图
-10-别代表定子绕组和转子绕组。根据公式(2-3)~(2-6)推导出定、转子电流的数学模型如下所示：""LLksssrrsψψi+=(2-7)""LLkrrrssrψψi+=(2-8)由图2-2可得，"Ls为定子绕组暂态电感且mrσmrσsσr2mssLLLLLLLLL"++==、"Lr为转子绕组暂态电感且msσmsσrσs2mrrLLLLLLLLL"++==；ks是定子电感耦合系数且smsLLk=；rmrLLk=是转子电感耦合系数。图2-2故障下定转子暂态等效电路2.2风电场LVRT穿越要求风电场LVRT能力是指电网故障及恢复期间，场内机组应能在一定程度上的电压跌落范围内延时机组本体保护的动作时限，保持不脱网运行，甚至能提供一定的无功输出。随着多起大规模脱网事故的发生，2009年我国国家电网公司首次提出相关并网要求，针对风电机组LVRT能力的缺失制定国家标准：GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》，规定风电场低电压穿越要求为[38]：(1)风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时，能够保持并网运行625ms的低电压穿越能力；(2)风电场并网点电压在发生2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电机组能够保证不脱网连续运行。
-11-图2-3为风电机组低电压穿越折线，图中纵轴为并网点电压，横轴为电压保持时间。为了使风电场内风电机组不间断并网运行，电压必须保持在图中折线及其以上区域。当电网允许切除风场内风电机组时，就证明电压已经在图中折线以下区域了。1.00.90.20.00.0000.6251.0002.000并网点电压时间/s电网故障引起电压跌落要求风电机组不脱网持续运行风电机组可以从电网中切除图2-3国家电网低电压穿越折线图2.3Crowbar保护对风电场低电压穿越的影响分析及仿真在工程实践中发生了多次风电场脱网事故，为此，现阶段市场上大多数DFIG提高DFIG的低电压穿越能力的方法是采用了Crowbar电阻保护装置[50]，这是因为电网故障时，Crowbar电阻能防止转子侧因故障产生的母线过电压，实现故障期间风电机组的并网运行，并保护变流器的安全[51]，使风电场的低电压穿越能力得到提高。2.3.1Crowbar结构及保护工作原理转子侧安装Crowbar保护电路的直接目的就是要消纳掉DFIG上累积的浪涌电流，保证低电压穿越的实现。但是变流器的容量仅为机组的30%左右，无法完全释放由于外部短路故障产生在风机上的巨大能量[52]。假设t=0时刻，电网发生严重电压跌落。t=0+时开通Crowbar保护电路，为过剩电能提供泄放通道，电路中的电阻用来耗散部分能量，提高了系统的低电压穿越能力[53]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]计及撬棒保护动作时间的双馈风机三相短路电流特性分析[J]. 范小红,安德超,孙士云,孙德娟,王杨. 电工技术学报. 2019(16)
[2]一种抑制双馈风机故障电流频率偏移的有效方法[J]. 蔡文超,杨炳元,高敏,李超. 可再生能源. 2018(11)
[3]适用于继电保护整定计算的双馈风电机组等效模型[J]. 徐岩,申南轩,朱晓荣,韩丹慧. 电力系统保护与控制. 2018(18)
[4]基于Crowbar串联电容的双馈风机低电压穿越综合控制策略[J]. 孙丽玲,王艳娟. 电网技术. 2018(07)
[5]内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究[J]. 段文辉,魏丽芳,王克谦,黄梦兰,崔杨. 可再生能源. 2018(03)
[6]双馈风力发电机群短路电流实用计算方法[J]. 刘明洋,潘文霞,杨刚. 电网技术. 2018(05)
[7]低电压穿越控制下双馈风电机组短路电流特性与计算方法[J]. 欧阳金鑫,唐挺,郑迪,任文君,熊小伏,钟家勇. 电工技术学报. 2017(22)
[8]动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法[J]. 姜惠兰,范中林,陈娟. 电力系统自动化. 2018(01)
[9]双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法[J]. 尹俊,李彦彬,熊军华,闫哲昆. 电力自动化设备. 2017(08)
[10]适用于电网规划的风电场短路电流计算模型[J]. 赵双,潘险险,朱浩骏,林俐. 广东电力. 2017(03)
博士论文
[1]大规模风电场群短路电流计算方法研究[D]. 尹俊.华北电力大学(北京) 2016
硕士论文
[1]双馈风力发电机及风电场建模仿真研究[D]. 崔峰.华北电力大学 2015
[2]与具有LVRT能力的风电机组并网相配合的继电保护的研究[D]. 王银萍.新疆大学 2014
[3]内蒙古电网防止大规模风电脱网的保护配置及整定方案[D]. 张鹏.天津大学 2012
[4]并网型风电场的短路电流计算及低电压穿越能力分析[D]. 李晓涛.华北电力大学（北京） 2011
[5]风电机组的短路电流特性及低电压穿越的研究[D]. 李欣.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3076330
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含Crowbar保护的DFIG并网结构图
-10-别代表定子绕组和转子绕组。根据公式(2-3)~(2-6)推导出定、转子电流的数学模型如下所示：""LLksssrrsψψi+=(2-7)""LLkrrrssrψψi+=(2-8)由图2-2可得，"Ls为定子绕组暂态电感且mrσmrσsσr2mssLLLLLLLLL"++==、"Lr为转子绕组暂态电感且msσmsσrσs2mrrLLLLLLLLL"++==；ks是定子电感耦合系数且smsLLk=；rmrLLk=是转子电感耦合系数。图2-2故障下定转子暂态等效电路2.2风电场LVRT穿越要求风电场LVRT能力是指电网故障及恢复期间，场内机组应能在一定程度上的电压跌落范围内延时机组本体保护的动作时限，保持不脱网运行，甚至能提供一定的无功输出。随着多起大规模脱网事故的发生，2009年我国国家电网公司首次提出相关并网要求，针对风电机组LVRT能力的缺失制定国家标准：GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》，规定风电场低电压穿越要求为[38]：(1)风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时，能够保持并网运行625ms的低电压穿越能力；(2)风电场并网点电压在发生2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电机组能够保证不脱网连续运行。
-11-图2-3为风电机组低电压穿越折线，图中纵轴为并网点电压，横轴为电压保持时间。为了使风电场内风电机组不间断并网运行，电压必须保持在图中折线及其以上区域。当电网允许切除风场内风电机组时，就证明电压已经在图中折线以下区域了。1.00.90.20.00.0000.6251.0002.000并网点电压时间/s电网故障引起电压跌落要求风电机组不脱网持续运行风电机组可以从电网中切除图2-3国家电网低电压穿越折线图2.3Crowbar保护对风电场低电压穿越的影响分析及仿真在工程实践中发生了多次风电场脱网事故，为此，现阶段市场上大多数DFIG提高DFIG的低电压穿越能力的方法是采用了Crowbar电阻保护装置[50]，这是因为电网故障时，Crowbar电阻能防止转子侧因故障产生的母线过电压，实现故障期间风电机组的并网运行，并保护变流器的安全[51]，使风电场的低电压穿越能力得到提高。2.3.1Crowbar结构及保护工作原理转子侧安装Crowbar保护电路的直接目的就是要消纳掉DFIG上累积的浪涌电流，保证低电压穿越的实现。但是变流器的容量仅为机组的30%左右，无法完全释放由于外部短路故障产生在风机上的巨大能量[52]。假设t=0时刻，电网发生严重电压跌落。t=0+时开通Crowbar保护电路，为过剩电能提供泄放通道，电路中的电阻用来耗散部分能量，提高了系统的低电压穿越能力[53]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]计及撬棒保护动作时间的双馈风机三相短路电流特性分析[J]. 范小红,安德超,孙士云,孙德娟,王杨. 电工技术学报. 2019(16)
[2]一种抑制双馈风机故障电流频率偏移的有效方法[J]. 蔡文超,杨炳元,高敏,李超. 可再生能源. 2018(11)
[3]适用于继电保护整定计算的双馈风电机组等效模型[J]. 徐岩,申南轩,朱晓荣,韩丹慧. 电力系统保护与控制. 2018(18)
[4]基于Crowbar串联电容的双馈风机低电压穿越综合控制策略[J]. 孙丽玲,王艳娟. 电网技术. 2018(07)
[5]内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究[J]. 段文辉,魏丽芳,王克谦,黄梦兰,崔杨. 可再生能源. 2018(03)
[6]双馈风力发电机群短路电流实用计算方法[J]. 刘明洋,潘文霞,杨刚. 电网技术. 2018(05)
[7]低电压穿越控制下双馈风电机组短路电流特性与计算方法[J]. 欧阳金鑫,唐挺,郑迪,任文君,熊小伏,钟家勇. 电工技术学报. 2017(22)
[8]动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法[J]. 姜惠兰,范中林,陈娟. 电力系统自动化. 2018(01)
[9]双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法[J]. 尹俊,李彦彬,熊军华,闫哲昆. 电力自动化设备. 2017(08)
[10]适用于电网规划的风电场短路电流计算模型[J]. 赵双,潘险险,朱浩骏,林俐. 广东电力. 2017(03)
博士论文
[1]大规模风电场群短路电流计算方法研究[D]. 尹俊.华北电力大学(北京) 2016
硕士论文
[1]双馈风力发电机及风电场建模仿真研究[D]. 崔峰.华北电力大学 2015
[2]与具有LVRT能力的风电机组并网相配合的继电保护的研究[D]. 王银萍.新疆大学 2014
[3]内蒙古电网防止大规模风电脱网的保护配置及整定方案[D]. 张鹏.天津大学 2012
[4]并网型风电场的短路电流计算及低电压穿越能力分析[D]. 李晓涛.华北电力大学（北京） 2011
[5]风电机组的短路电流特性及低电压穿越的研究[D]. 李欣.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3076330
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3076330.html
