變速恒頻風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)故障機(jī)理與分析模型研究

【摘要】：風(fēng)力發(fā)電是解決全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的戰(zhàn)略性選擇。隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的快速增長，電力系統(tǒng)的故障運(yùn)行特性可能發(fā)生改變。風(fēng)電接入形成的新型電力系統(tǒng)暫態(tài)特性不明確、故障機(jī)理不清晰、故障分析方法不全面等問題，造成繼電保護(hù)整定計(jì)算困難、電氣設(shè)備安全面臨威脅等問題日益突出。本文圍繞變速恒頻風(fēng)電機(jī)組及其并網(wǎng)電力系統(tǒng)的故障機(jī)理與故障電氣量計(jì)算方法等關(guān)鍵理論問題進(jìn)行了較為深入、系統(tǒng)的研究，將風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的故障分析從暫態(tài)行為特征的仿真研究向故障的機(jī)理性分析和計(jì)算范疇進(jìn)行了延伸，從電網(wǎng)對稱故障向不對稱故障領(lǐng)域進(jìn)行了擴(kuò)展，可為新型電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制的研究和實(shí)施提供參考，對于深化風(fēng)電并網(wǎng)研究、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。 結(jié)合我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展歷程、所取得的成果及前景，首先概括了風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模接入對我國電力系統(tǒng)的影響；闡述了電力系統(tǒng)故障分析的內(nèi)涵，分析了大規(guī)模風(fēng)電接入對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障分析方法的影響；隨后，對風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)故障分析的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面綜述，分析了現(xiàn)有研究的特點(diǎn)和存在的問題。 基于機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理過程，通過空間多坐標(biāo)變換，建立了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)值模型和空間矢量模型，闡述了模型的理論基礎(chǔ)及變換關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，基于空間矢量物理意義清晰的優(yōu)點(diǎn)，借助于矢量等效變換，利用數(shù)學(xué)解析的方法對電網(wǎng)對稱和非對稱故障下的雙饋風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)過程進(jìn)行了深入分析，明確了在外部電網(wǎng)故障沖擊作用下雙饋風(fēng)電機(jī)組定、轉(zhuǎn)子故障參量的特性及其產(chǎn)生機(jī)理。 為了解決雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子故障電流的顯性表達(dá)及計(jì)算問題，從計(jì)及變流器影響的角度出發(fā)，對電網(wǎng)故障下的雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子回路動(dòng)態(tài)耦合特性進(jìn)行了深入研究。闡述了雙饋風(fēng)電機(jī)組變流器控制對轉(zhuǎn)子電流的靜態(tài)影響機(jī)制及動(dòng)態(tài)影響規(guī)律；針對雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子電流尚無法直接求解的問題，通過建立包含定子磁鏈動(dòng)態(tài)過程以及轉(zhuǎn)子側(cè)變流器調(diào)控影響的轉(zhuǎn)子回路動(dòng)態(tài)方程，推導(dǎo)了電網(wǎng)對稱和不對稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子電流的時(shí)域表達(dá)式。 鑒于雙饋風(fēng)電機(jī)組的機(jī)端暫態(tài)電壓同時(shí)具備同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，對電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子電壓特性進(jìn)行了研究。采用機(jī)網(wǎng)一體化的處理方法，利用發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型與電網(wǎng)電壓、電流的約束關(guān)系，推導(dǎo)了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行及電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子電壓表達(dá)式；在此基礎(chǔ)上，分析了電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)雙饋風(fēng)電機(jī)組定子電壓的變化特征以及對電網(wǎng)暫態(tài)電壓的影響規(guī)律。 針對雙饋風(fēng)電機(jī)組的不同故障運(yùn)行狀態(tài)和不同的電網(wǎng)故障類型，利用發(fā)電機(jī)空間矢量模型，詳盡推導(dǎo)了雙饋風(fēng)電機(jī)組短路電流的表達(dá)式，分析了機(jī)組輸出短路電流的產(chǎn)生機(jī)理、組成成份和變化規(guī)律等特征；為了解決風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的故障計(jì)算問題，提出了用于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)故障計(jì)算的雙饋風(fēng)電機(jī)組等值模型；通過建立含雙饋風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)等效電路，分析了雙饋風(fēng)電機(jī)組對配電網(wǎng)短路電流影響的多變性特點(diǎn)，借助時(shí)域仿真分析了含雙饋風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)短路電流特性。 針對電力系統(tǒng)經(jīng)典模型無法全面反映直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制特性的問題，以掌握全功率器件電源與電網(wǎng)在故障過程中的強(qiáng)耦合特性為目標(biāo)，采用結(jié)構(gòu)保留模型方法，對全功率電源的控制器動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行了詳細(xì)模擬，通過瞬時(shí)功率平衡原理實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)模型互聯(lián)，構(gòu)建了含全功率器件電源的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。該模型最大限度地保留了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的完整性，反映了全功率器件電源的動(dòng)態(tài)特性及控制約束關(guān)系，可用于建立含全功率器件電源和同步發(fā)電機(jī)的多機(jī)混合電源系統(tǒng)模型，為風(fēng)電等新能源接入形成的新型電力系統(tǒng)暫態(tài)分析提供了模型基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：電力系統(tǒng)故障分析 風(fēng)力發(fā)電 短路電流 繼電保護(hù) 等值模型
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 緒論11-31
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 我國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)12-19
• 1.2.1 我國風(fēng)能資源概況12-14
• 1.2.2 我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展歷程14-16
• 1.2.3 風(fēng)電并網(wǎng)對我國電力系統(tǒng)的影響16-19
• 1.3 風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)故障分析的影響19-23
• 1.3.1 電力系統(tǒng)故障分析的內(nèi)涵及方法19-21
• 1.3.2 電力系統(tǒng)故障分析面臨的問題21-22
• 1.3.3 風(fēng)電低電壓穿越與故障分析的關(guān)系22-23
• 1.4 風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)故障分析研究現(xiàn)狀23-27
• 1.4.1 風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型23-24
• 1.4.2 風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)故障數(shù)值模擬24-25
• 1.4.3 暫態(tài)過程分析及故障電氣量計(jì)算25-27
• 1.4.4 現(xiàn)有研究的特點(diǎn)及面臨的問題27
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容27-31
• 2 雙饋風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型及故障特性31-55
• 2.1 引言31-32
• 2.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組建模與分析32-44
• 2.2.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行原理32-33
• 2.2.2 三相靜止坐標(biāo)系中雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)瞬時(shí)值模型33-35
• 2.2.3 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)瞬時(shí)值模型35-38
• 2.2.4 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)空間矢量模型38-41
• 2.2.5 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)正負(fù)序矢量模型41-44
• 2.3 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的對稱故障特性44-48
• 2.3.1 定子繞組暫態(tài)過程的推導(dǎo)與分析44-46
• 2.3.2 轉(zhuǎn)子回路暫態(tài)過程及非連續(xù)性分析46-48
• 2.4 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的不對稱故障特性48-53
• 2.4.1 定子繞組暫態(tài)過程及突變特征分析48-50
• 2.4.2 轉(zhuǎn)子回路暫態(tài)過程的推導(dǎo)與分析50-53
• 2.5 本章小結(jié)53-55
• 3 電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子電流的分析與計(jì)算55-75
• 3.1 引言55-56
• 3.2 變流器控制對雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子電流的影響56-63
• 3.2.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制技術(shù)56-59
• 3.2.2 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制方式的影響59-61
• 3.2.3 電網(wǎng)側(cè)變流器控制方式的影響61-63
• 3.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子故障電流分析63-69
• 3.3.1 轉(zhuǎn)子電流動(dòng)態(tài)方程及特性63-65
• 3.3.2 電網(wǎng)對稱短路時(shí)的轉(zhuǎn)子電流表達(dá)式65-67
• 3.3.3 電網(wǎng)不對稱短路時(shí)的轉(zhuǎn)子電流表達(dá)式67-69
• 3.4 算例仿真69-73
• 3.4.1 電網(wǎng)對稱短路時(shí)的轉(zhuǎn)子電流70-71
• 3.4.2 電網(wǎng)不對稱短路時(shí)的轉(zhuǎn)子電流71-73
• 3.5 本章小結(jié)73-75
• 4 機(jī)網(wǎng)一體化雙饋風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)電壓特性及影響75-87
• 4.1 引言75-76
• 4.2 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子電壓特性76-81
• 4.2.1 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子穩(wěn)態(tài)電壓的推導(dǎo)76-77
• 4.2.2 電網(wǎng)故障下雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子電壓的推導(dǎo)與分析77-79
• 4.2.3 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)對電網(wǎng)暫態(tài)電壓的影響分析79-81
• 4.3 機(jī)網(wǎng)一體化系統(tǒng)暫態(tài)電壓特性的仿真分析與驗(yàn)證81-85
• 4.3.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組接入對電網(wǎng)暫態(tài)電壓的影響81-82
• 4.3.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組容量對暫態(tài)電壓的影響82-83
• 4.3.3 電網(wǎng)故障點(diǎn)位置對暫態(tài)電壓的影響83-84
• 4.3.4 定子電壓表達(dá)式的驗(yàn)證84-85
• 4.4 本章小結(jié)85-87
• 5 雙饋風(fēng)電機(jī)組的短路電流特性及等值模型87-111
• 5.1 引言87-88
• 5.2 電網(wǎng)對稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組短路電流的推導(dǎo)與分析88-94
• 5.2.1 機(jī)端電壓深度跌落時(shí)的短路電流89-92
• 5.2.2 機(jī)端電壓非深度跌落時(shí)的短路電流92-94
• 5.3 電網(wǎng)不對稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組短路電流的推導(dǎo)與分析94-100
• 5.3.1 機(jī)端電壓深度跌落時(shí)的短路電流94-98
• 5.3.2 機(jī)端電壓非深度跌落時(shí)的短路電流98-100
• 5.4 雙饋風(fēng)電機(jī)組的故障穩(wěn)態(tài)等值模型100-103
• 5.4.1 風(fēng)電機(jī)組故障等值模型的構(gòu)建100-102
• 5.4.2 故障穩(wěn)態(tài)等值模型的驗(yàn)證102-103
• 5.5 接入配電網(wǎng)的雙饋風(fēng)電機(jī)組短路電流特性及影響103-110
• 5.5.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組接入對配電網(wǎng)短路電流的影響104-106
• 5.5.2 含雙饋風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)短路電流特性106-110
• 5.6 本章小結(jié)110-111
• 6 含直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)暫態(tài)分析模型111-131
• 6.1 引言111-112
• 6.2 直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)112-117
• 6.2.1 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概況112-113
• 6.2.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)113-114
• 6.2.3 直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)114-117
• 6.3 全功率器件電源電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)保留模型117-128
• 6.3.1 問題的提出117-118
• 6.3.2 單機(jī)無窮大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保留模型的構(gòu)建118-123
• 6.3.3 多機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保留模型的構(gòu)建123-125
• 6.3.4 算例仿真125-128
• 6.4 本章小結(jié)128-131
• 7 總結(jié)與展望131-135
• 7.1 主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)131-132
• 7.2 后續(xù)研究工作展望132-135
• 致謝135-137
• 參考文獻(xiàn)137-147
• 附錄147-148
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄147-148
• B. 作者在攻讀博士學(xué)位期間參與的課題研究情況148

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成本怎么控制    NormStar高級顧問 紀(jì)超

效能獨(dú)具的“造血型”企業(yè)    本報(bào)記者 鄧棉生 通訊員 彭振

萊鋼熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)約電費(fèi)支出1億多元    王梅霞 錢忠春

晉瑞苑：節(jié)能環(huán)保省錢一舉三得    本報(bào)記者 張劍雯

水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的安裝與控制    

變速風(fēng)電機(jī)組的虛擬慣性與系統(tǒng)阻尼控制研究    張祥宇

大型雙饋風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)載荷控制策略研究    王曉東

基于功率平衡保護(hù)原理的電力系統(tǒng)緊急控制研究    吳軍

引入輻射能信號的鍋爐燃燒檢測及優(yōu)化控制    羅自學(xué)

變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)控制策略研究    張學(xué)廣

雙饋風(fēng)電機(jī)組模型預(yù)測控制研究    井艷軍

兆瓦級風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷研究    單光坤

永磁式直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)研究    劉穎明

變速恒頻風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)故障機(jī)理與分析模型研究    歐陽金鑫

大型風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及關(guān)鍵部件仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究    李俊

風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化選型與布置研究    李剛

電力系統(tǒng)動(dòng)模綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)    吳涓

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究    莫品豪

多兆瓦風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)控制策略的研究與應(yīng)用    劉國祥

大型雙饋風(fēng)電機(jī)組多目標(biāo)優(yōu)化控制    侯世旭

高速流涎機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)研究    楊立勇

基于CAN總線的耕作機(jī)組駕駛策略控制系統(tǒng)研究    韓冰

永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲能機(jī)組建模與儲能運(yùn)行控制    吳婷

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略研究    林宇

風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制策略的研究    龔宇琴