双馈风力发电系统故障特性及保护策略研究

发布时间：2017-08-18 19:26

  本文关键词：双馈风力发电系统故障特性及保护策略研究

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【摘要】：随着双馈风电机组(doubly-fed induction generator, DFIG)大规模接入电网,其故障暂态特性与传统同步机不同,对电网安全运行产生一定的威胁,因此,有必要深入研究DFIG故障机理及对保护造成的影响。本文在研究DFIG数学模型和发电特性基础上,提出考虑撬棒保护(Crowbar)未接入的DFIG短路特性计算方法和Crowbar接入后的DFIG磁链暂态特性及短路电流计算方法,推导出电网故障下的定转子短路电流表达式。在此基础上,通过分析风电场故障特性对集电线路继电保护的影响,提出新型自适应距离保护方案,并搭建仿真模型进行验证。针对Crowbar尚未动作的情况,本文提出一种综合考虑网侧变流器和转子侧变流器暂态调控的DFIG短路电流特性研究方法。首先,建立考虑转子变流器的DFIG故障等值网络,在此基础上,计及直流母线电压波动情况,定量描述短路过程中网侧变流器双环暂态调控过程,据此揭示定子短路电流二倍频谐波分量的产生机理,从而得到定转子全电流表达式。然后,基于电网对称故障下DFIG的定子外特性,对DFIG三相对称故障分析模型进行了研究。最后,仿真结果验证了所推导表达式和相关理论的正确性。针对Crowbar动作的情况,本文提出一种精确计算Crowbar接入后的DFIG暂态磁链和短路电流计算方法。首先,建立计及Crowbar接入的DFIG正负序等值网络,并利用空间矢量法和坐标变换,获取几乎无近似条件的定转子磁链解析式,然后通过理论计算分析磁链特征根随Crowbar阻值的变化规律,以及磁链幅值和相位随电机转速的变化特性,探究磁链各分量的暂态变化规律,在此基础上,进一步推导电网对称短路和不对称短路情况下的定子短路电流表达式。最后,时域仿真结果验证了所推导表达式是正确、有效的。基于DFIG的故障特性,分析其对集电线路继电保护的影响及现有集电线路保护配置存在的问题,本文提出风电场集电线路新型自适应距离保护方案。首先,根据系统中电压与电流的几何分布特性,建立保护安装处与故障点间的电压降落方程,并求解自适应整定系数,然后利用故障电流和测量电流间的相位关系,确定故障点位置,并通过故障点和整定点的关系,最后构建了自适应距离保护新判据。风电场仿真结果表明该方法可在线自适应修正距离保护整定值,具备很强的抗过渡电阻能力,且构成简单,易于实现。
【关键词】：双馈风电机组 网侧变流器 转子侧变流器 Crowbar电路 继电保护
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 未考虑Crowbar接入的DFIG并网系统故障特性研究现状12-13
• 1.2.2 考虑Crowbar接入的DFIG低电压穿越故障特性研究现状13-14
• 1.2.3 大规模风电场接入的电力系统继电保护研究现状14-15
• 1.3 论文主要工作15-16
• 第2章 未考虑Crowbar接入的DFIG短路特性研究16-34
• 2.1 引言16
• 2.2 考虑变流器暂态调节的DFIG短路电流计算16-26
• 2.2.1 DFIG并网系统数学模型16-17
• 2.2.2 考虑转子侧变流器控制的DFIG故障等值网络17-20
• 2.2.3 直流母线电压波动特性分析20-21
• 2.2.4 网侧变流器短路控制过程分析21-24
• 2.2.5 定子短路电流二倍频分量解析式推导24-25
• 2.2.6 DFIG短路全电流公式25-26
• 2.3 DFIG三相短路故障分析模型26-28
• 2.3.1 初始短路电流分析26
• 2.3.2 故障暂态电流分析26-27
• 2.3.3 故障稳态电流分析27-28
• 2.4 仿真验证28-33
• 2.4.1 短路电流验证28-29
• 2.4.2 直流母线电压波动特性仿真29-30
• 2.4.3 定子短路电流二倍频谐波分量仿真30-31
• 2.4.4 DFIG故障分析模型验证31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 考虑Crowbar接入的DFIG短路特性研究34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 电网对称故障时的定子短路电流分析34-39
• 3.2.1 Crowbar接入后的DFIG数学模型34-35
• 3.2.2 定转子磁链响应35-36
• 3.2.3 定转子磁链分析36-38
• 3.2.4 电网对称故障时的定子短路电流推导38-39
• 3.3 电网不对称故障时的定子短路电流分析39-43
• 3.3.1 Crowbar接入后的DFIG负序数学模型39
• 3.3.2 负序磁链响应39-41
• 3.3.3 负序磁链分析41-42
• 3.3.4 电网不对称故障时的定子短路电流推导42-43
• 3.4 仿真验证43-50
• 3.4.1 电网对称故障时的定子短路电流验证43-44
• 3.4.2 电网不对称故障时的定子短路电流验证44-45
• 3.4.3 Crowbar阻值对定子短路电流的影响分析45-47
• 3.4.4 故障前电机转速对定子短路电流的影响分析47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 风电场故障特性及保护策略研究51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 风电场主接线及集电线路保护相关问题简介51-53
• 4.2.1 风电场主接线简介51-52
• 4.2.2 风电场故障电流特性对集电线路保护的影响52
• 4.2.3 电场集电线路配置存在的问题52-53
• 4.3 风电场集电线路新型自适应距离保护方案53-56
• 4.3.1 自适应距离保护构成53-55
• 4.3.2 偏移角ψ的计算方法55-56
• 4.3.3 动作特性分析56
• 4.4 仿真验证56-65
• 4.4.1 仿真系统简介56-57
• 4.4.2 不同过渡电阻57-59
• 4.4.3 不同故障位置59-61
• 4.4.4 相邻线路故障61-63
• 4.4.5 不同集电线路长度63-64
• 4.4.6 与传统距离保护对比分析64-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第5章 结论与展望67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果73-74
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作74-75
• 致谢75

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本文编号：696376