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作者：李菁华北电力大学

学位级别：硕士

随着能源危机的加深和人们对于环境问题的关注的不断提升,风力发电在世界各国呈现出迅猛增长的态势。我国风电发展的特点为大规模集中式开发并网,且现有风电场中双馈型感应风力发电机(DFIG)应用最为广泛。双馈感应发电机结构不同于传统... 详细信息

随着能源危机的加深和人们对于环境问题的关注的不断提升,风力发电在世界各国呈现出迅猛增长的态势。我国风电发展的特点为大规模集中式开发并网,且现有风电场中双馈型感应风力发电机(DFIG)应用最为广泛。双馈感应发电机结构不同于传统的同步和异步电机,目前对于其暂态特性及故障反应机理的研究不够深入,尚未形成成熟的故障分析方法与解析计算模型,造成继电保护整定计算困难,电气设备安全面临威胁,严重影响电网的安全稳定运行。本文首先在详细分析了典型定向矢量控制策略下的双馈机各部分的原理及数学模型,在Matlab/Simulink软件中搭建了包含机械部分、电气部分及控制部分的完整的风力发电机组仿真模型,并对模型在稳态时和故障情况下的运行特性进行了仿真分析,验证了模型的可行性。其次,推导建立了双馈感应发电机的空间矢量模型与正序、负序模型,研究了稳态下双馈感应发电机转子电压幅值和相角与定子电压、电流的关系,分析了双馈感应风力发电机机端发生电压跌落时电机内部电磁暂态过程的物理机理。然后,采用稳态与故障态叠加的方法,以DFIG的空间矢量模型为基础,详细推导了电网发生对称与不对称电压跌落情况下,DFIG定子和转子侧短路电流的解析表达式。并进一步延伸研究了配备低电压穿越能力的机组在投入Crowbar保护电路后的短路特性,建立了电网发生对称与不对称故障下,投入Crowbar电路后定子和转子短路电流的计算模型,分析了短路电流的频率成分、所占比例大小与产生机理。最后,利用所得故障电流解析模型分析了短路时刻机组运行状况、机组自身结构参数、电压跌落程度等因素对于短路电流的影响。采用模型时域仿真的方法及与现场试验对比皆验证了表达式的正确性。本文对于电网故障下DFIG的故障机理及暂态特性展开了较为深入的研究,在仿真分析的基础上进一步向故障机理及故障量计算方法方向延伸,从电网对称故障下DFIG故障特性分析向不对称故障领域进行了拓展,所提出的针对双馈机的故障量计算方法物理意义明确,计算结果经验证较为准确,为研究大规模风电并网下现行继电保护的适用性及新型继电保护原理的研究提供了理论支撑。

关键词：双馈型感应风力发电机电力系统故障分析暂态特性短路电流

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不同撬棒保护投入时刻下双馈风电机组短路电流计算分析

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电力系统保护与控制 2017年第5期45卷 109-117页

作者：王增平李菁郑涛赵裕童魏旭辉刘辉陈璨吴林林新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 国网冀北电力有限公司电力科学研究院北京100045

双馈感应风电机组故障特性不同于传统同步电机,对电网继电保护的整定与配合产生不利影响,需从解析的角度揭示双馈感应风电机组的故障暂态机理。以双馈感应发电机空间矢量模型为基础,结合电路动态响应理论,建立了双馈风电机组三相短路电... 详细信息

双馈感应风电机组故障特性不同于传统同步电机,对电网继电保护的整定与配合产生不利影响,需从解析的角度揭示双馈感应风电机组的故障暂态机理。以双馈感应发电机空间矢量模型为基础,结合电路动态响应理论,建立了双馈风电机组三相短路电流解析计算模型。所建模型考虑了定、转子电阻的影响,从理论上证明了衰减时间常数的由来及与频率分量的对应关系。考虑到控制作用的影响,撬棒的投入会有延时,解析模型计及了不同的撬棒保护投入时刻。与仿真和现场试验结果对比验证了所建模型的准确性,并从仿真角度分析了转子电压、双馈风电机组运行状态及转子侧控制策略对故障电流的影响。最后运用解析模型定量评估了定转子电阻、短路发生时刻及DFIG的运行工况等因素对短路电流的影响。

关键词：双馈型感应风力发电机撬棒保护暂态特性解析计算模型

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风电场无功补偿与电压控制策略

风电场无功补偿与电压控制策略

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作者：闫鹏强华北电力大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机的加深和人类对环境保护重视程度的提高,风力发电逐渐成为了各国新能源发电的重点。风电渗透率不断提升,风电的随机性和波动性对电力系统的电压水平和电压稳定性造成了较大影响,风电场并网运行后的无功电压问题尤其突... 详细信息

随着全球能源危机的加深和人类对环境保护重视程度的提高,风力发电逐渐成为了各国新能源发电的重点。风电渗透率不断提升,风电的随机性和波动性对电力系统的电压水平和电压稳定性造成了较大影响,风电场并网运行后的无功电压问题尤其突出。本文针对风电场并网运行产生的无功电压问题深入研究,引入风功率预测信息,建立多无功源长时间尺度上的无功电压协调控制模型。本文主要工作如下:1)分析了风电场内主要无功损耗和风电场内无功电压设备。电力系统中,电压水平主要受无功功率影响。风电场内无功损耗主要包括风电机组箱式变压器损耗、主变压器损耗和集电线路损耗。风电场内无功电压设备包括双馈机组、有载调压变压器和各种无功补偿设备。研究了双馈机组的无功调节能力。有载调压变压器不能产生无功功率,只能改变无功功率的分布。无功补偿设备包括静态无功补偿设备(电容器、电抗器等)和动态无功补偿设备(SVC、STATCOM)。研究了各种无功补偿设备的特点和配置原则。2)双馈机组的拓扑分布对风电场无功优化有较大影响,研究了风电场内无功优化中风机机群无功总出力在机组间的分配问题。计及有载调压变压器对风电场内无功电压的影响,以降低风电场有功损耗、均衡风电场内各节点电压为优化目标建立风电场无功优化模型,并采用粒子群算法求解,仿真结果验证了所提出优化策略的安全性和经济性。3)引入风功率预测信息,在长时间尺度上对多无功源进行协调控制。由于风电的不确定性,风力发电对电网影响较大,为弱化风电的随机性和波动性,引入风功率预测信息,在较长时间尺度内进行无功电压协调控制。对于动作缓慢、不宜频繁动作的设备在长时间尺度上进行优化,仅在风功率长时间大幅度波动时才进行动作。对于变化较快、持续时间较短的无功需求,主要由动态无功补偿设备进行动作。建立了无功协调控制模型,选取算例进行求解,仿真结果验证了所提策略的安全性、经济性。

关键词：风电场无功优化无功补偿无功电压协调控制双馈型感应风力发电机粒子群算法

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