基于雙饋風(fēng)電機(jī)組的短路電流計(jì)算方法

【摘要】：近年來(lái)風(fēng)力發(fā)電在全球得到了迅速發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電在電力能源中所占比列越來(lái)越高,無(wú)論是并網(wǎng)規(guī)模還是單機(jī)容量都有很大提高。風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)的影響已經(jīng)不能忽略,風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)容量達(dá)到一定數(shù)值時(shí),需要考慮風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)提供的短路電流。因此,研究風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性、故障暫態(tài)特性以及短路電流的計(jì)算方法很有必要,在進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備的選擇、校驗(yàn)和繼電保護(hù)的整定、配置時(shí)都需要考慮并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組提供的短路電流。目前,由雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)成的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已成為全球風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)。首先,介紹變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)行原理,建立雙饋風(fēng)電機(jī)組不同物理構(gòu)件的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)不同坐標(biāo)系下雙饋發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)數(shù)學(xué)方程,并選取方便分析短路計(jì)算的多機(jī)等值簡(jiǎn)化方法。利用所得穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)方程,對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)控制部分進(jìn)行研究,得到以雙P1]i[M變換器為控制系統(tǒng)的雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變換器的控制策略。同時(shí),對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)、定子側(cè)和直流側(cè)的保護(hù)部分的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。利用所得暫態(tài)數(shù)學(xué)方程,在分析影響雙饋風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)特性因素的基礎(chǔ)上,研究雙饋風(fēng)電機(jī)組發(fā)生對(duì)稱短路和不對(duì)稱短路前后定、轉(zhuǎn)子的磁鏈、電壓和電流的電磁暫態(tài)機(jī)理,由定、轉(zhuǎn)子磁鏈推導(dǎo)出雙饋風(fēng)電機(jī)組定子暫態(tài)短路電流的計(jì)算表達(dá)式,該表達(dá)式由定、轉(zhuǎn)子磁鏈和其衰減系數(shù)共同組成。在分析故障瞬時(shí)定子初始磁鏈時(shí),考慮定子電阻的影響；分析故障瞬時(shí)轉(zhuǎn)子初始磁鏈時(shí),利用推導(dǎo)所得轉(zhuǎn)子磁鏈方程式求得。通過(guò)研究不同類型短路故障情況下定、轉(zhuǎn)子磁鏈的暫態(tài)表達(dá)式,并考慮撬棒電路的影響,從而推導(dǎo)出雙饋風(fēng)電機(jī)組定子暫態(tài)短路電流的詳細(xì)表達(dá)式,為風(fēng)電系統(tǒng)內(nèi)雙饋風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)性能評(píng)估提供計(jì)算依據(jù)。然后,利用國(guó)內(nèi)常用的運(yùn)算曲線法對(duì)本文所推導(dǎo)的雙饋風(fēng)電機(jī)組定子短路電流表達(dá)式進(jìn)行化簡(jiǎn),得到滿足工程計(jì)算要求的短路電流計(jì)算方法。該方法將含風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化等值,使電力系統(tǒng)變換為僅由發(fā)電機(jī)支路和系統(tǒng)支路組成的二支路網(wǎng)絡(luò)。分別對(duì)系統(tǒng)短路電流不同分量(工頻周期分量、轉(zhuǎn)子頻率分量和直流分量)的計(jì)算進(jìn)行說(shuō)明,繪制不同短路故障類型的風(fēng)電機(jī)組短路電流工頻周期分量的運(yùn)算曲線,并通過(guò)實(shí)際算例檢驗(yàn)該運(yùn)算曲線的有效性。最后,在電力系統(tǒng)仿真軟件Dig SILENT/Power Factory中建立算例風(fēng)電場(chǎng)模型,得到仿真結(jié)果的短路電流曲線,并在MATLAB中進(jìn)行編程計(jì)算得到計(jì)算結(jié)果的短路電流曲線,將仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的短路電流最大值、最大值到達(dá)時(shí)刻進(jìn)行對(duì)比并得到相對(duì)誤差,驗(yàn)證在不同短路故障類型和故障位置的情況下本文提出的雙饋風(fēng)電機(jī)組短路電流計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。通過(guò)算例分析和驗(yàn)證,表明本文提出的定子短路電流表達(dá)式能夠正確計(jì)算雙饋風(fēng)電機(jī)組提供的短路電流。 【關(guān)鍵詞】：雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 故障分析 短路計(jì)算 工程化計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM315
【目錄】：

• 摘要10-12
• Abstract12-14
• 第一章 緒論14-21
• 1.1 研究背景和意義14-17
• 1.1.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電概況14-15
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電概況15-16
• 1.1.3 課題研究意義16-17
• 1.2 研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.1 風(fēng)電機(jī)組建模和控制研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 風(fēng)電機(jī)組短路特性研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文主要工作19-21
• 第二章 雙饋風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)建模21-45
• 2.1 變速恒頻式風(fēng)電系統(tǒng)21-22
• 2.2 風(fēng)速數(shù)學(xué)模型22-24
• 2.3 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型24-25
• 2.4 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型25-33
• 2.4.1 雙饋發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性25-26
• 2.4.2 三相靜止坐標(biāo)系(abc)下雙饋發(fā)電機(jī)模型26-29
• 2.4.3 常用坐標(biāo)變換方法29-31
• 2.4.4 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)下雙饋發(fā)電機(jī)模型31-32
• 2.4.5 利用空間矢量表示雙饋發(fā)電機(jī)模型32-33
• 2.5 控制部分33-40
• 2.5.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行范圍33-35
• 2.5.2 雙PWM變換器工作原理35-36
• 2.5.3 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制策略36-37
• 2.5.4 網(wǎng)側(cè)變換器控制策略37-40
• 2.6 保護(hù)部分40-42
• 2.6.1 轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒保護(hù)電路40-41
• 2.6.2 定子側(cè)保護(hù)電路41-42
• 2.6.3 直流側(cè)保護(hù)電路42
• 2.7 雙饋風(fēng)電機(jī)組多機(jī)等值簡(jiǎn)化42-45
• 第三章 雙饋風(fēng)電機(jī)組短路故障分析45-59
• 3.1 考慮風(fēng)電機(jī)組提供短路電流的條件45
• 3.2 影響風(fēng)電機(jī)組故障暫態(tài)特性的因素45-49
• 3.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組定子磁鏈故障暫態(tài)研究49-53
• 3.3.1 故障發(fā)生前定子磁鏈分析49-50
• 3.3.2 發(fā)生對(duì)稱短路時(shí)定子磁鏈分析50
• 3.3.3 發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)定子磁鏈分析50-53
• 3.4 雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子磁鏈故障暫態(tài)研究53-54
• 3.5 雙饋風(fēng)電機(jī)組故障暫態(tài)短路電流54-55
• 3.5.1 發(fā)生對(duì)稱短路時(shí)定子短路電流54-55
• 3.5.2 發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)定子短路電流55
• 3.6 雙饋風(fēng)電機(jī)組電壓跌落的檢測(cè)55-59
• 3.6.1 電壓跌落的常見(jiàn)分類56
• 3.6.2 電壓跌落的常規(guī)檢測(cè)方法56-59
• 第四章 風(fēng)電機(jī)組短路電流的工程化計(jì)算59-70
• 4.1 常用短路電流計(jì)算方法59-60
• 4.1.1 運(yùn)算曲線法59
• 4.1.2 ANSI標(biāo)準(zhǔn)59-60
• 4.1.3 IEC標(biāo)準(zhǔn)60
• 4.2 含風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)等值簡(jiǎn)化60-61
• 4.3 短路電流工頻周期分量的計(jì)算61-65
• 4.4 短路電流其他分量的計(jì)算65-66
• 4.4.1 發(fā)電機(jī)支路轉(zhuǎn)子頻率分量65-66
• 4.4.2 發(fā)電機(jī)支路直流分量66
• 4.4.3 系統(tǒng)支路直流分量66
• 4.5 雙饋風(fēng)電機(jī)組短路電流周期分量算例計(jì)算66-70
• 4.5.1 風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)生對(duì)稱短路67-68
• 4.5.2 風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路68-70
• 第五章 仿真軟件與算例分析70-78
• 5.1 仿真軟件Dig SILENT70-71
• 5.1.1 仿真軟件功能介紹70
• 5.1.2 仿真軟件在風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)仿真中的應(yīng)用70-71
• 5.2 多機(jī)等值簡(jiǎn)化風(fēng)電場(chǎng)模型71-72
• 5.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)仿真分析72-78
• 5.3.1 風(fēng)電系統(tǒng)機(jī)端發(fā)生對(duì)稱短路73-74
• 5.3.2 風(fēng)電系統(tǒng)非機(jī)端發(fā)生對(duì)稱短路74-75
• 5.3.3 風(fēng)電系統(tǒng)機(jī)端發(fā)生不對(duì)稱短路75-76
• 5.3.4 風(fēng)電系統(tǒng)非機(jī)端發(fā)生不對(duì)稱短路76-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-79
• 附錄79-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與的科研工作90-91
• 附件91

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