考虑双馈风电接入的电网故障特性及保护策略研究

【摘要】：风力发电与传统火力发电的机理不同,故障后风机电磁暂态特性发生较大变化。双馈风电的接入,使得电网结构愈加复杂,可靠性与安全性难以得到有效的保障。因此,本文通过对电网对称以及不对称故障下双馈风电机组电磁暂态特性的研究;得到双馈风机在电网故障下定转子电流瞬时表达式；并通过PSCAD仿真进行验证。同时考虑到大规模双馈风电场接入电力系统时对电网中传统保护的影响,提出针对风电场汇流线路和风电场送出线路的改进保护策略,并通过PSCAD进行故障仿真验证。 本文首先建立了双馈发电系统不同坐标系下的暂态数学模型,重点阐述了同步旋转轴系下双馈感应电机的暂态模型及其常用坐标变换；推导了DFIG网侧与转子侧变流器的数学模型,分析了双馈感应风力发电机的发电特性及运行原理,并搭建了DFIG的PSCAD模型进行仿真验证。 其次,本文在电网对称和不对称故障下,充分考虑DFIG机端电压相位跳变、DFIG转子侧与网侧变流器控制以及直流母线电压的波动对故障电流的影响。利用DFIG暂态数学模型分别推导出对称与不对称故障下DFIG能够反映出暂态输出特性的DFIG定转子电流时域表达式并通过PSCAD仿真和动模实验验证公式的正确性,并分析DFIG机端相位跳变以及双馈风机网侧与转子侧变流器控制对故障电流的作用机理与影响程度。 由于双馈风电场自身的弱电源和故障特性,当风电场汇流线路或送出线路发生故障时,传统保护己不能可靠动作。本文提出基于双馈风电场故障特性的汇流线路自适应电流保护策略,基于故障稳态量的风电场送出线路电流纵联差动保护策略以及自适应距离保护策略。并搭建含双馈风电场以及电网联络线的PSCAD模型分别对传统保护和改进保护策略进行仿真验证与分析。为大规模双馈风电场接入电网时风电场汇流线路以及送出线路保护新原理的研究和应用提供了理论基础。 【关键词】：双馈感应风力发电机 DFIG机端相位跳变 网侧变流器控制 定转子故障电流 风电场保护策略
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 风能的利用及风力发电技术11-13
• 1.3 DFIG电磁暂态特性研究现状13-15
• 1.4 含大规模风电接入的继电保护现状15-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 双馈风力发电机原理及控制策略17-32
• 2.1 引言17-18
• 2.2 双馈风力发电机的数学模型18-22
• 2.2.1 三相静止坐标系下的DFIG模型18-20
• 2.2.2 两相旋转坐标系下的DFIG模型20-21
• 2.2.3 DFIG的Park模型21-22
• 2.3 DFIG的矢量控制策略22-26
• 2.3.1 电压前馈补偿23-24
• 2.3.2 网侧变流器矢量控制技术24-26
• 2.4 仿真验证26-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 并网双馈风力发电机对称故障下暂态特性研究32-46
• 3.1 引言32-33
• 3.2 双馈风力发电机暂态数学模型33-38
• 3.2.1 DFIG数学矢量模型33-34
• 3.2.2 DFIG机端相位跳变模型34-36
• 3.2.3 DFIG网侧变流器控制模型36-38
• 3.3 DFIG定转子电流分析38-41
• 3.3.1 DFIG转子短路电流计算38-39
• 3.3.2 DFIG定子短路电流计算39-41
• 3.4 仿真算例验证41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 并网双馈风力发电机不对称故障下的暂态特性研究46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 电网不对称短路故障下DFIG模型46-47
• 4.3 电网不对称短路故障下DFIG定转子电流推导47-50
• 4.4 仿真验证50-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 含双馈风电的电网保护策略研究55-67
• 5.1 引言55-56
• 5.2 风电场汇流线路电流保护56-60
• 5.2.1 风电场接线形式及保护配置56
• 5.2.2 汇流线路自适应电流保护56-58
• 5.2.3 仿真验证58-60
• 5.3 风电场送出线路的电流纵联差动保护60-63
• 5.3.1 风电场送出线路故障问题60
• 5.3.2 风电场送出线路的电流纵联差动保护60-61
• 5.3.3 仿真验证61-63
• 5.4 风电场送出线路距离保护策略63-66
• 5.4.1 风电场送出线路距离保护63
• 5.4.2 自适应距离保护63-64
• 5.4.3 仿真验证64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 总结及展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果74-75
• 攻读硕士学位期间期间参加的科研工作75-76
• 致谢76

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