含风电的配电网建模及其保护问题研究

【摘要】：风力发电是一种环境友好、技术成熟、转换效率高且规模效益显著的新型能源开发形式,因而发展十分迅速。但风电受风力资源的影响很大,一方面由于受风速的影响,其输出的功率具有随机性和波动性,难以像常规火电机组那样进行控制；另一方面风电场往往选择在偏远地区,接入的电网相对薄弱。因此,风电接入电网后对电网的影响就不容忽视。 本文首先介绍了实际工程中应用的各种风电机型的特点,选择目前应用广泛的双馈感应风力发电机(DFIG,简称双馈风机)作为研究对象。然后,对双馈风机的结构和工作原理进行了分析,并通过坐标变换得到其在两相旋转坐标系下的数学模型。在此基础上,具体研究了双馈风机两个变流器的矢量控制策略。然后使用实时数字仿真系统(RTDS)对双馈风机进行建模,通过实时动态仿真,研究其并网运行特性和故障响应特性。仿真结果显示该模型能够独立控制风力发电机输出的有功功率和无功功率,并且稳态和故障暂态特性与理论分析相符,从而验证了模型的正确性和有效性。 同时,基于双馈风机建模及其在不同情况下故障响应特性的研究,本文进一步研究了风电场接入配电网后对继电保护的影响。首先,从理论上分析了风电场接入后保护出现的问题及其原因,然后利用RTDS分别建立了风电场就近T接入系统和风电场接入系统区域变电站两类方式下的配电网仿真模型,在对不含风电场的配电网电流保护进行整定计算的基础上,通过仿真具体分析风电场提供的短路电流对配电网电流保护的灵敏性和可靠性造成的影响。分析结果显示风电场的容量、风速、无功状态及故障位置不同时会对保护产生不同程度的影响。 最后,本文针对减轻风电场对配电网保护影响的对策进行研究,具体分析了自适应电流保护的原理和整定计算方法。同时,文中重点讨论了传统自适应电流保护应用在含风电场的配电网中出现的问题,并且进行有针对性的改进。然后,采用MATLAB编程和RTDS仿真相结合的方法,评价改进后自适应电流保护在含风电的配电网中的保护效果。结果证明,改进后的自适应电流保护能够根据不同的运行状态自动调整保护整定值,具有很好的灵敏性和可靠性,从而减轻了风电场对配电网保护的影响。 【关键词】：风力发电 双馈风机 实时数字仿真 配电网 继电保护 自适应电流保护
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章. 引言11-17
• 1.1 课题研究的背景11-13
• 1.1.1 风电发展的背景及趋势11-13
• 1.1.2 风电并网对电力系统的影响13
• 1.2 国内外的研究现状13-14
• 1.3 课题研究的目的与意义14-15
• 1.4 本论文拟解决的问题和主要工作15-17
• 第2章. 风电机组建模及其并网运行特性研究17-35
• 2.1 风力发电技术17-18
• 2.2 双馈风力发电系统的结构及工作原理18-20
• 2.3 双馈风机矢量控制策略研究20-28
• 2.3.1 坐标变换原理与方法20-21
• 2.3.2 双馈风机在不同坐标系下的数学模型21-24
• 2.3.3 双馈风机变流器的矢量控制24-28
• 2.4 基于RTDS的双馈风机建模及其运行特性仿真分析28-33
• 2.4.1 建立双馈风机RTDS仿真模型29
• 2.4.2 双馈风机有功与无功解耦控制特性29-30
• 2.4.3 双馈风机的运行状态30-31
• 2.4.4 双馈风机在不同风速下的运行特性31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章. 双馈风机的故障响应特性研究35-43
• 3.1 故障状态下双馈风机响应情况理论分析35-37
• 3.1.1 双馈风机定转子磁链的暂态特性36
• 3.1.2 双馈风机定转子短路电流变化特性36-37
• 3.2 双馈风机短路电流变化特性仿真分析37-38
• 3.3 故障初始条件对双馈风机短路电流特性的影响38-41
• 3.3.1 电压跌落程度对双馈风机短路电流的影响39
• 3.3.2 风速大小对双馈风机短路电流的影响39-40
• 3.3.3 无功状态对双馈风机短路电流的影响40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章. 含风电的配电网建模及对继电保护的影响研究43-67
• 4.1 配电网及其保护的特点43-45
• 4.2 风电场与配电网的连接方案45-48
• 4.2.1 风电场内部接线方案45-46
• 4.2.2 风电场接入系统的接线方案46-48
• 4.3 风电接入对配电网原有保护的影响48-51
• 4.3.1 风力发电的特点48
• 4.3.2 风电接入对配电网保护的影响分析48-51
• 4.4 基于RTDS的建模与算例分析51-65
• 4.4.1 风电场T接入系统时对保护的影响51-60
• 4.4.2 风电场接入区域变电站时对保护的影响60-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第5章. 减轻风电场对配电网保护影响的对策研究67-81
• 5.1 减轻风电场对配电网保护影响的对策67-68
• 5.2 自适应电流保护68-74
• 5.2.1 传统自适应电流保护的原理68-69
• 5.2.2 传统自适应电流速断保护的参数计算69-72
• 5.2.3 含风电的配电网中的改进自适应电流速断保护72-74
• 5.3 改进自适应电流速断保护的编程实现74-76
• 5.4 含风电的配电网采用自适应电流保护的效果评价76-80
• 5.5 本章小结80-81
• 第6章. 总结与展望81-83
• 参考文献83-87
• 作者简历87-91
• 学位论文数据集91

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