風電機組接地計算及測量研究

【摘要】：近年來,隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和社會的進步,人們對風能發(fā)電這種清潔的能源產(chǎn)生了極大的興趣并進行了推廣。風電機組的裝機容量也從幾百kW到幾個MW不斷地增大,風電場裝機容量的擴大,接地短路電流的增加,對風電機組接地系統(tǒng)的設計要求也越來越苛刻。本文對風電機組的接地電阻進行了研究,包括以下幾個方面：不同土壤結(jié)構(gòu)中接地電阻的計算和研究,接地電阻測量方法的研究以及對風電機組接地裝置的沖擊特性的研究。 本文建立了風電機組接地裝置的基礎結(jié)構(gòu)模型,將接地導體進行離散化處理,討論了導體之間的空間位置關系,通過設置導體鏡像,利用平均電位法得到了接地電阻的系數(shù)矩陣。運用MATLAB編寫了程序,得了接地電阻的數(shù)值結(jié)果。并搭建了實驗模型,進行了現(xiàn)場測量,驗證了本文計算方法的正確性。解決了單純利用經(jīng)驗公式計算大型風電機組接地電阻的不足之處。并結(jié)合經(jīng)驗值分析了影響接地電阻阻值的各類因素。 考慮到土壤結(jié)構(gòu)的不同,本文進一步討論了不均勻土壤結(jié)構(gòu)中接地電阻的計算,得到了兩層土壤中計算接地電阻的系數(shù)矩陣。利用MATLAB編寫了程序并與經(jīng)驗值對比。然后分析了兩層土壤中計算接地電阻的影響因素,對土壤電阻率的大小、上層土壤厚度、土壤反射系數(shù)等展開了討論。 在風力發(fā)電系統(tǒng)運行中,有必要對接地電阻進行定期地測量。本文首先闡述了目前常用的測量接地電阻的方法——三電極法(包括直線法和三角形法),指出了該方法存在的弊端。本文提出了一種新的布置電壓極測量接地電阻的方法,并用MATLAB進行仿真,與實驗值對比,驗證了本文測量方法的正確性。并討論了在不同土壤結(jié)構(gòu)的情況下,電壓極布置點的軌跡的影響因素。 最后,本文對風電機組接地裝置的沖擊特性進行了研究,建立了其暫態(tài)響應的計算模型,并考慮了土壤電離效應和分布參數(shù)效應。然后分析了沖擊接地電阻的各類影響因素。并通過計算實例,討論了雷電流對風電機組接地裝置的影響。 【關鍵詞】：接地電阻 系數(shù)矩陣 測量方法 MATLAB 沖擊特性
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM862;TM614
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 接地及接地電阻12-14
• 1.1.1 電氣接地12-13
• 1.1.2 接地電阻13-14
• 1.2 課題研究的重要意義14-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 研究的內(nèi)容和安排17-20
• 2 均勻土壤中風機接地電阻的研究20-42
• 2.1 風電機組接地裝置20-21
• 2.2 接地電阻模型的計算21-30
• 2.2.1 系數(shù)矩陣的計算21-29
• 2.2.2 接地電阻的計算29-30
• 2.3 實驗校驗30-34
• 2.3.1 土壤電阻率的測量30-32
• 2.3.2 接地電阻的測量32-33
• 2.3.3 實驗結(jié)果與分析33-34
• 2.4 接地電阻的影響因素34-39
• 2.4.1 對比模型的建立34
• 2.4.2 經(jīng)驗解析公式34-35
• 2.4.3 導體分段數(shù)量的討論35-36
• 2.4.4 土壤電阻率36-37
• 2.4.5 接地環(huán)半徑37
• 2.4.6 接地環(huán)導體截面半徑37-38
• 2.4.7 垂直接地體導體截面半徑38-39
• 2.4.8 埋設深度39
• 2.5 實例計算39-40
• 2.6 本章小結(jié)40-42
• 3 雙層土壤中風機接地電阻的研究42-58
• 3.1 雙層土壤中風機接地裝置的計算模型42-51
• 3.1.1 系數(shù)矩陣的計算42-50
• 3.1.2 鏡像設置數(shù)量的討論50-51
• 3.2 接地電阻的計算51-54
• 3.2.1 經(jīng)驗解析公式51-53
• 3.2.2 計算結(jié)果的對比與分析53-54
• 3.3 雙層土壤中接地電阻的影響因素54-57
• 3.3.1 接地環(huán)半徑54-55
• 3.3.2 土壤反射系數(shù)55-56
• 3.3.3 上層土壤厚度56-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 4 接地電阻測量方法的研究58-76
• 4.1 測量接地電阻的常用方法58-62
• 4.1.1 測量接地電阻的基本原理58-60
• 4.1.2 直線布電極法和三角形布電極法60-61
• 4.1.3 測量接地電阻常用方法的弊端分析61-62
• 4.2 數(shù)值計算測量方法的研究62-67
• 4.2.1 計算電位的疊加法62-63
• 4.2.2 計算電位的積分法63-65
• 4.2.3 所建測量方法65-66
• 4.2.4 實驗校驗66-67
• 4.3 均勻土壤中電壓極布置點軌跡的分析67-72
• 4.3.1 計算步長68-69
• 4.3.2 與疊加法比較69-70
• 4.3.3 土壤電阻率70
• 4.3.4 接地環(huán)半徑70-71
• 4.3.5 電流極位置71-72
• 4.4 雙層土壤中電壓極布置點軌跡的分析72-75
• 4.4.1 上層土壤厚度72-73
• 4.4.2 雙層土壤結(jié)構(gòu)73-74
• 4.4.3 電流極位置74
• 4.4.4 接地環(huán)半徑74-75
• 4.5 本章小結(jié)75-76
• 5 風電機組接地裝置的沖擊特性研究76-98
• 5.1 研究沖擊特性的要素76-84
• 5.1.1 雷電流的波形76-77
• 5.1.2 分布參數(shù)效應77-80
• 5.1.3 土壤電離效應80-84
• 5.2 機組接地裝置暫態(tài)響應的計算84-89
• 5.2.1 暫態(tài)等值計算電路84-87
• 5.2.2 暫態(tài)響應的計算與仿真87-88
• 5.2.3 沖擊接地電阻計算及驗證88-89
• 5.3 沖擊接地電阻的影響因素89-91
• 5.3.1 沖擊電流幅值90
• 5.3.2 接地環(huán)半徑90-91
• 5.3.3 土壤電阻率91
• 5.4 計算實例91-97
• 5.4.1 單機實例計算92-95
• 5.4.2 雙機并聯(lián)實例計算95-97
• 5.5 本章小結(jié)97-98
• 6 總結(jié)與展望98-100
• 6.1 本文研究的主要內(nèi)容和總結(jié)98-99
• 6.2 后續(xù)研究工作的展望99-100
• 參考文獻100-104
• 作者簡歷104-108
• 學位論文數(shù)據(jù)集108

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