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.pdf

1、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

2、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，

3、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)

4、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)

5、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

6、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