永磁直驱风电机组暂态特性及对配网保护的影响研究

发布时间：2017-09-29 13:11

  本文关键词：永磁直驱风电机组暂态特性及对配网保护的影响研究

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【摘要】：永磁直驱式风力发电机组由于具有效率高、控制灵活、可靠性高等优点,成为继双馈型风电机组之后风力发电技术的重要研究方向。虽然在实际风电场中永磁直驱风力发电机组的数量已具备一定规模,但由于起步较晚,缺少足够的实际运行经验,很多关键技术和工程实践方面的难题尚未得到解决。本论文即围绕直驱机组风电机组的建模、故障暂态特性及对配网保护的影响开展研究,对风力发电的进一步发展、继电保护装置的安全及电网的稳定都具有十分重要的意义。论文首先研究了永磁直驱式风机各部分的数学模型,主要包括风力机和永磁同步电流的数学模型、机侧和网侧的控制策略以及电网故障时风机采用的低电压穿越控制策略。之后基于数学模型及控制策略框图,在PSCAD/EMTDC软件中搭建了基于不同网侧变流器控制策略的两种1.5MW直驱机组的详细仿真模型,仿真分析了风机在变风速阶段和恒定风速阶段的运行特性。将故障情况下,仿真模型结果与中国电科院直驱机组动模实验结果进行对比,验证了所搭建模型的正确性。在考虑永磁直驱式风机网侧变流器矢量控制策略的情况下,推导了风机短路电流的表达式,并根据表达式对影响短路电流的因素进行分析。结合短路电流表达式及仿真结果,从不同的故障类型、网侧变流器的控制策略、风机的运行工况和不同的故障位置四个方面给出了永磁直驱式风机故障暂态的具体特征。最后,研究永磁直驱式风机接入配网后,对配电网电流保护、故障选相元件以及传统配电网故障定位的影响。提出了基于方向元件改进和基于相对误差改进的两种含永磁直驱式风机的配电网故障定位方案,并进行实例分析和仿真验证,解决了由于永磁直驱式风机接入引起的流经馈线开关处故障电流信息发生变化而导致故障定位错误的问题。
【关键词】：永磁直驱式风机 变流器控制策略 暂态特性 配网保护 故障定位
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 永磁直驱式风力发电技术研究现状10-13
• 1.2.1 永磁直驱式风力发电系统的拓扑结构10-11
• 1.2.2 永磁直驱式风机控制策略及建模11-12
• 1.2.3 永磁直驱式风机的暂态特性12-13
• 1.2.4 永磁直驱式风机接入对配网保护的影响13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 永磁直驱式风力发电系统的控制策略及建模15-26
• 2.1 永磁直驱式风力发电系统的数学模型及控制策略15-22
• 2.1.1 风力机的数学模型15-16
• 2.1.2 永磁同步发电机的数学模型16
• 2.1.3 机侧变流器的控制策略16-18
• 2.1.4 网侧变流器的控制策略18-21
• 2.1.5 低电压穿越(LVRT)控制策略21-22
• 2.2 永磁直驱式风力发电系统的仿真模型22-25
• 2.2.1 永磁直驱式风力发电系统主电路及参数设计22-23
• 2.2.2 机侧变流器控制模块23-24
• 2.2.3 网侧变流器控制模块24-25
• 2.2.4 低电压穿越控制模块25
• 2.3 小结25-26
• 第3章 永磁直驱式风机故障暂态特性研究26-47
• 3.1 永磁直驱式风机的稳态及动态仿真26-30
• 3.1.1 变风速运行时风机的运行特性26-27
• 3.1.2 恒定风速运行时风机的运行特性27-29
• 3.1.3 仿真模型验证29-30
• 3.2 永磁直驱式风机短路电流表达式30-34
• 3.2.1 短路电流表达式推导30-33
• 3.2.2 影响短路电流因素分析33-34
• 3.3 永磁直驱式风机的暂态特性分析34-46
• 3.3.1 不同的故障类型35-38
• 3.3.2 网侧变流器的控制策略38-41
• 3.3.3 风机的运行工况41-42
• 3.3.4 不同的故障位置42-46
• 3.4 小结46-47
• 第4章 永磁直驱式风机接入对配网保护的影响研究47-59
• 4.1 永磁直驱式风机接入对配网保护的影响47-51
• 4.1.1 对配电网电流保护的影响47-49
• 4.1.2 对故障选相元件的影响49
• 4.1.3 对配电网传统故障定位的影响49-51
• 4.2 利用方向元件改进含D-PMSG配电网故障区段定位方案51-55
• 4.2.1 改进定位方案的思想51-52
• 4.2.2 定位方案的工作流程52
• 4.2.3 实例分析52-53
• 4.2.4 仿真分析53-55
• 4.3 基于相对误差改进的含D-PMSG配电网故障区段定位方案55-58
• 4.3.1 改进定位方案的思想55
• 4.3.2 定位方案的工作流程55-56
• 4.3.3 实例分析56-57
• 4.3.4 仿真分析57-58
• 4.4 小结58-59
• 第5章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-65
• 致谢65

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本文编号：942189