风电机组暂态计算的工程化方法研究

【摘要】：随着风力发电技术的迅速发展和并网风电场规模的不断扩大,深入研究风电机组的短路电流特性对电力系统的保护整定及其暂态稳定性研究将具有越来越重要的作用。随着风电容量占电网总容量或局部电网容量的比例越来越大,风电场功率输出特性及风电场与电网间的相互影响已成为近来研究的热点问题之一。当风电场容量达到一定程度时,风电场提供的短路电流很可能会超过系统侧提供的短路电流,因此在进行电网设备选择、校验和继电保护配置、整定时,必须考虑风电场提供的短路电流。 本文首先介绍变速恒频风力发电机组的工作原理,根据风电机组的物理构件特性,建立能够表征变速恒频风电机组动态特性的数学模型。 然后在理论分析的基础上,研究双馈感应风电机组在端口故障和电网故障时的电磁暂态过程。基于双馈感应风电机组的基本方程,推导以定、转子磁链表示的风电机组定子短路电流表达式。故障后定转子磁链的暂态表达式为故障时刻定转子磁链初值和定转子绕组暂态时间常数的函数。求解定子磁链在短路瞬间的初始值时,考虑定子电阻的影响,并利用稳态条件下的转子磁链方程求解转子磁链在短路瞬间的初始值。通过分析双馈感应风力发电机定子端口三相故障后定转子磁链的电磁暂态机理,得到定转子磁链暂态表达式,进而推导出风电机组定子短路电流的详细表达式,为机组暂态性能评估提供计算方法和依据。 在分析常用的风电场等值方法的基础上,使用容量加权法建立风电场容量加权等值模型,在风电场不同运行方式下,通过比较风电场详细模型和等值模型在系统故障时提供的短路电流,证明了此方法的计算结果具有较高的精度,满足工程计算的需要。 最后利用电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory建立风力发电系统模型,以验证本文提出的风电机组短路电流计算方法的精确性。 本文对风电系统数学模型做了较深入的研究,深入学习目前风电场多机等值方法,并提出一种通过研究系统故障后发电机定、转子磁链来计算短路电流的方法。通过对风电场在不同运行方式下系统故障的仿真分析,说明了此计算方法能够准确计算风电场提供的短路电流。 【关键词】：双馈感应发电机 风力发电 电力系统故障 短路电流
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 研究现状13-15
• 1.2.1 风电机组建模研究现状13-14
• 1.2.2 风电机组短路特性研究现状14-15
• 1.3 本文主要工作15-17
• 第二章 双馈感应风电机组数学模型17-31
• 2.1 基于双馈感应发电机的变速恒频风力发电系统17-18
• 2.2 风速的数学模型18-19
• 2.3 风力机及机械传动装置的数学模型19-20
• 2.4 风力发电机的数学模型20-22
• 2.5 变频器的数学模型22-24
• 2.6 控制系统24-31
• 2.6.1 双馈风电机组运行范围24-25
• 2.6.2 转速控制25-26
• 2.6.3 桨距角控制26-27
• 2.6.4 转子侧变频器控制27-28
• 2.6.5 网侧变频器控制28-31
• 第三章 双馈感应风电机组暂态短路电流分析31-46
• 3.1 风电机组对系统短路电流的影响31-34
• 3.2 影响双馈感应风力发电机组暂态特性的因素34-35
• 3.3 双馈感应风力发电机组电磁暂态机理35-40
• 3.4 机端对称故障时双馈感应发电机组暂态电流分析40-42
• 3.5 初始条件对暂态短路电流的影响42-44
• 3.6 非机端对称故障时双馈感应发电机组暂态电流分析44-46
• 第四章 风电场多机等值46-61
• 4.1 引言46-47
• 4.2 风电场多机等值方法47-48
• 4.3 风电场等值模型仿真48-61
• 4.3.1 相同风速时系统故障仿真分析49-52
• 4.3.2 不同风速时系统故障仿真分析52-56
• 4.3.3 风速变化时系统故障仿真分析56-61
• 第五章 风电机组短路电流计算的工程化方法研究61-67
• 5.1 短路电流工程化计算的基本假设61-62
• 5.2 短路电流周期分量计算方法62-64
• 5.3 短路电流转子频率周期分量计算方法64-65
• 5.4 短路电流非周期分量计算方法65-67
• 第六章 算例分析67-74
• 6.1 仿真软件DIgSILENT功能介绍67
• 6.2 仿真软件DIgSILENT在风电系统故障分析中的应用67-68
• 6.3 短路情况仿真分析68-74
• 6.3.1 机端对称故障时双馈感应发电机组暂态仿真68-71
• 6.3.2 非机端对称故障时双馈感应发电机组暂态仿真71-74
• 第七章 总结与展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 学位论文评阅及答辩情况表80

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