變速恒頻風(fēng)電機組并網(wǎng)故障機理與分析模型研究.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是解決全球能源危機和環(huán)境問題的戰(zhàn)略性選擇。隨著風(fēng)電裝機容量的快速增長，電力系統(tǒng)的故障運行特性可能發(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、故障機理不清晰、故障分析方法不全面等問題，造成繼電保護整定計算困難、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)電機組及其并網(wǎng)電力系統(tǒng)的故障機理與故障電氣量計算方法等關(guān)鍵理論問題進行了較為深入、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理性分

2、析和計算范疇進行了延伸，從電網(wǎng)對稱故障向不對稱故障領(lǐng)域進行了擴展，可為新型電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、保護控制的研究和實施提供參考，對于深化風(fēng)電并網(wǎng)研究、保障電網(wǎng)安全運行具有理論意義和實用價值。
　　 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)故障分析的研究進展進行了全面綜述，

3、分析了現(xiàn)有研究的特點和存在的問題。
　　 基于機組的結(jié)構(gòu)特點和物理過程，通過空間多坐標(biāo)變換，建立了雙饋感應(yīng)發(fā)電機的瞬時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，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)電機組暫態(tài)過程進行了深入分析，明確了在外部電網(wǎng)故障沖擊作用下雙饋風(fēng)電機組定、轉(zhuǎn)子故障參量的特性及其產(chǎn)生機理。
　　 為了解決雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)

4、子故障電流的顯性表達及計算問題，從計及變流器影響的角度出發(fā)，對電網(wǎng)故障下的雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子回路動態(tài)耦合特性進行了深入研究。闡述了雙饋風(fēng)電機組變流器控制對轉(zhuǎn)子電流的靜態(tài)影響機制及動態(tài)影響規(guī)律；針對雙饋風(fēng)電機組轉(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)電機組轉(zhuǎn)子電流的時域表達式。
　　 鑒于雙饋風(fēng)電機組的機端暫態(tài)電壓同時具備同步發(fā)電機和感應(yīng)

5、發(fā)電機的特點，對電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機組的定子電壓特性進行了研究。采用機網(wǎng)一體化的處理方法，利用發(fā)電機數(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)運行及電網(wǎng)故障時雙饋感應(yīng)發(fā)電機的定子電壓表達式；在此基礎(chǔ)上，分析了電網(wǎng)發(fā)生故障時雙饋風(fēng)電機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)電機組的不同故障運行狀態(tài)和不同的電網(wǎng)故障類型，利用發(fā)電機空間矢量模型，詳盡推導(dǎo)了雙饋風(fēng)電機組短路電流的表達式，分析了機組輸出短路

6、電流的產(chǎn)生機理、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)的故障計算問題，提出了用于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)故障計算的雙饋風(fēng)電機組等值模型；通過建立含雙饋風(fēng)電機組的配電網(wǎng)等效電路，分析了雙饋風(fēng)電機組對配電網(wǎng)短路電流影響的多變性特點，借助時域仿真分析了含雙饋風(fēng)電機組的配電網(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)電機組運行控制特性的問題，以掌握全功率器件電源與電網(wǎng)在故障過程中的強耦合特性為目標(biāo)，采用結(jié)構(gòu)保留模型方法，對