双馈风电机组保护与系统保护协调研究

【摘要】：随着风电装机容量的不断增加，风电为我国能源可持续发展和环境保护发挥了重要作用，但风电发展的同时对电力系统保护带来一系列的问题。本论文以风电为背景，结合最新《风电场接入电力系统技术规定》国家标准，以目前流行的双馈风力发电机作为算例，针对目前风电与电网保护配合出现的问题，研究风电机组保护与电网保护协调配合。 本论文以PSCAD软件作为仿真平台，建立双馈风电机组并网仿真模型。仿真研究了双馈机组的故障特性及影响双馈风机故障电流的因素。仿真分析了双馈机风电场联络线故障时故障电流特点及对保护的影响。研究了由于风机保护动作导致的相邻风电场风机连锁脱网,从继电保护角度指出双馈风机保护已经无法满足风机低电压运行特点。针对目前风机保护与电网保护脱节问题，提出一种适应低电压运行的双馈风机电压保护方案。采用双馈风机转子侧和直流侧保护相结合的策略来解决双馈风机低电压穿越时的转子和直流母线过流过压问题。针对相邻线路风机提供的助增电流对保护的影响，提出集电线路保护可与风机保护配合，采用一种电流-电压双电气量的保护方案，克服相邻线路风机提供的助增电流带来的影响，提出了整定原则以及动作时间。提出集电线路增加零序保护方案对单相接地故障迅速切除，以免单相接地故障可能导致的事故扩大。 【关键词】：双馈风电机组 控制策略 故障特性 协调保护
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 选题目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-13
• 第二章 双馈风电机组模型13-25
• 2.1 引言13
• 2.2 变速恒频双馈风电机组的拓扑结构13-15
• 2.2.1 双馈风电机组的拓扑结构及原理13-15
• 2.2.2 双馈异步风电机组的功率关系15
• 2.3 双馈风电机组数学模型15-18
• 2.3.1 风轮机气动理论与模型15-17
• 2.3.2 双馈风电机组的传动模型17-18
• 2.3.3 双馈风电机组的等值电路18
• 2.4 双馈电机在相坐标系中的数学模型18-19
• 2.5 双馈电机在正交坐标系中的数学模型19-24
• 2.5.1 d-q 转子同步速正交坐标系20
• 2.5.2 α-β静止坐标系20-21
• 2.5.3 a-b-c、α-β静止坐标系与 d-q 的变换关系21-22
• 2.5.4 d-q 旋转坐标轴系下的双馈异步发电机数学模型22-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 双馈风电机组控制策略25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 双馈电机的双 PWM 控制25-31
• 3.2.1 转子侧 PWM 的控制策略25-27
• 3.2.2 基于 PSCAD 软件的转子侧变流器 PWM 控制实现27-28
• 3.2.3 网侧 PWM 的矢量控制策略28-30
• 3.2.4 基于 PSCAD 软件的网侧变流器 PWM 控制实现30-31
• 3.3 双馈风机并网运行特性建模仿真31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 风电场故障特性与风机保护动作特性33-44
• 4.1 引言33
• 4.2 影响并网双馈风电场故障特性的主要因素33-37
• 4.2.1 投运机组数对故障特性影响34-36
• 4.2.2 风速对故障特性影响36
• 4.2.3 Crowbar 电路对故障特性影响36-37
• 4.3 双馈风机故障电流频率特征分析37-38
• 4.4 双馈风电场联络线不对称故障特征38-41
• 4.5 双馈风机保护动作特性仿真分析41-43
• 4.6 本章小结43-44
• 第五章 风电机组保护与系统保护协调44-55
• 5.1 引言44
• 5.2 适应 DFIG 故障穿越运行的机组保护44-50
• 5.2.1 不具备低电压穿越的双馈机保护45
• 5.2.2 具备低电压穿越的双馈机穿越特性与保护时间关系45-46
• 5.2.3 适应低电压穿越特性的双馈风机电压保护构建46-48
• 5.2.4 基于双馈机低电压运行的转子和直流侧双重快速短接保护48-50
• 5.3 考虑双馈风机低电压穿越运行的集电线协调保护构建50-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 6.1 全文总结55-56
• 6.2 研究展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表论文61-62
• 致谢62

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