毕业答辩-线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究.pptx

线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,院系：机械与电子工程学院专业年级：电气工程及其自动化11级3班指导教师：宋学生姓名：学号：,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,课题研究意义风电场的多发故障双馈感应风电机双馈变速发电机故障仿真分析风电场保护配置方案结论,论文主要内容：,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,课题研究意义风电场系统的安全运行离不开风电场继电保护装置。分析线路故障对风机输出特性的影响可以为设置有效保护提供必要的参考依据。随着风力发电系统的发展，风力发电场继电保护技术也不断得到完善，这是因为风电系统对运行可靠性要求不断提高。特别是改革开放以来，我国经济进入迅速发展的阶段，各行各业如雨后春笋般成长，对电力的需求随之加大，并不断快速增长，加之化石能源濒临枯竭，火电厂将逐步退出发电舞台。鉴于此，我国将面临供电紧张的局面，许多地区不得不采取措施进行限制供电，来缓解供电紧张。风电等新能源发电将成为我国解决供电紧张的生力军。此时，加强对风电电网的维护就显得格外重要。风电场系统的安全运行离不开风电场继电保护装置。达到风电系统安全运行的标准是风电场继电保护发展的动力。继电保护的最基本的要求是快速性、灵敏性、选择性、可靠性。通过借助各种先进的科学技术手段，加之不懈的努力和探索，专业技术人员们经过多年的发展研究，使继电保护原理不断得到完善，同时，构成继电保护装置的元件、材料等也产生了巨大的变化。发展并完善风电场的继电保护，也是间接的发展完善了风力发电。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,风电场的多发故障风力发电场集电线路出现最多的故障是单相接地故障，现在风力发电场主要的集电线路为10kv、35kv电压等级，运行方式为中性点不接地系统“小电流接地系统”。在这种系统当中，单相接地故障是最为多见的，大约占配电网所有故障的80%以上。单相故障发生后，要及时作出应对措施，否侧就会很快转换成相间或者三相故障，直接作用保护跳闸，不仅如此，还会导致风机停运甚至周围多个风电场停运。针对风电场的故障类型及故障特点，应设置适应风电场故障的保护。,正常运行的中性点不接地系统,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,单相接地时的中性点不接地系统,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,双馈感应风电机风力电机是电机本体和冷却系统两部分组成的一种绕线式式的感应发电机，在变速恒频风力发电机组中扮演着主要的角色。轴承系统、定子、转子构成了电机本体，冷却系统有三种结构，分为空空冷、水冷和空水冷2。定子绕组直接和电网相连。变频器能按运行的要求自动调节转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位，并且，转子绕组还通过变频器与系统相连。机组运行效率高，可以实现不同速度下的恒频发电，且满足并网和负载用电的要求。可以根据电网电压、电流、发电机转速调节励磁电流，十分精确地调节发电机的输出电压，这是因为发电机采用了交流励磁并和电力系统形成了柔性连接。这样，发电机组就能满足各方面的要求。双馈感应风力发电机能控制无功功率，能通过独立控制转子励磁电流解耦有功功率和无功功率控制。双馈感应发电机从转子电路中励磁，而不需从电网励磁，能产生无功功率并能通过电网侧变流器传送给定子。所谓风电机组的电压控制模式是指风电机组在稳态运行过程中，通过对无功功率的控制，维持电压端电压不变的控制模式。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,装有部分变频器的双馈变速风力发电机组,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,双馈感应发电机故障仿真分析原理假设将双馈感应风力发电机组与单机无穷大系统相连，风力发电场由9MW的双馈风电机组合而成。风力发电机出口电压为575V，通过变压器将电压升高至35KV，然后通过2条10km和20km长的35kv输电线路送至升压变电站，将电压升高至220kv，最后将其接入单机无穷大系统，假设两条35kv输电线路之间在0.9s时刻发生0.1s的单相接地、两相接地、三相短路故障。点击链接SIMULINK动态仿真由于不能实际去测量自然风速，所以为了分析方便，我选择风速为14m/s来模仿实际风，然后观察仿真效果。用模型中单相接地故障模块（A相接地）、两相故障模块（AB相接地）、三相故障模块设置电网在0.9s时刻发生三相短路故障，到1.0s时故障解除，设置仿真的起始时间为0，终止时间为2s。通过和正常情况下风机的输出特性做对比，得出线路故障对双馈感应风机输出特性的影响。然后根据输出特性，确定风电场该装设的保护。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,仿真系统模型（风速14m/s）,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,仿真系统功能模块,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,正常情况下风机出口电压、有功功率、无功功率变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,正常情况下风机电流（I1/B575）的变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,单相接地故障风机出口电压、有功功率、无功功率变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,单相接地故障风机电流（I1/B575）的变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,在风力发电机模块中选择电压控制模式，如图所示，能够看出，当发生单相接地故障时，风力发电机输出正序电压即U1/B575降到了0.8pu左右，可以看出，这个值应该大于等于保护阀值即0.75pu，这种情况下，风力发电机组仍然可以继续运行。另外，据规定，不接地系统发生单相接地故障时，设备可带故障运行2小时。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,两相接地故障风机出口电压、有功功率、无功功率变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,两相接地故障风机电流（I1/B575）的变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,在电压控制（voltageregulation）模式下，如图所示，可以看到，当发生两相接地故障时，风力发电机输出正序电压（U1/B575）降至约0.4pu，小于保护阀值0.75pu，此时，双馈风力发电机提供持续的的短路电流。这种情况下，风电机组将被低压保护切除而停运。在故障排除后，风力发电机的出口电压又恢复为额定电压。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,三相故障风机出口电压、有功功率、无功功率变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,三相接地故障风机电流（I1/B575）的变化曲线,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,在电压控制模式下，如图所示，当发生三相故障时，风力发电机出口正序电压降为0pu，低于保护阀值0.75pu。此时的双馈风力发电机提供的短路电流如图所示，可见风电机提供的短路电流是瞬时性的，持续的短路电流很小。此种情况下，风电机组被低电压保护切除而停运，电压于故障排除后恢复为额定电压。另外，从以上图中还可以看的出，在电网发生短路故障时，风电机组向电网提供无功功率，当故障解除以后，风电机组通过从电网吸收无功功率来使端电压恢复到给定值。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,小结：在电压控制模式下，当线路发生单相接地、两相接地及三相故障时，会影响双馈风机的输出特性。主要表现为：风力发电机输出正序电压会发生不同程度的下降，尤其是两相、三相故障时，风机出口电压会降至0.75pu以下，导致保护装置动作。当单相、两相故障发生时，双馈风机提供持续短路电流，而三相故障时，风机提供瞬时性短路电流。另外，在电网发生短路故障时，风电机组向电网提供无功功率，当故障解除以后，风电机组通过从电网吸收无功功率来使端电压恢复到给定值。由于系统发生故障时，风力发电机提供的故障电流是短时的，因此，电网中受到影响的仅有快速段保护，而带时限保护不会受到影响。所以，对于相关电气元件的保护装置，除了快速保护（纵联保护和后备保护I段）的整定计算，其他情况下都可不必考虑风电场提供故障电流的影响。为了确保风电场设备的安全，合理配置相关保护装置至关重要。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,风电场保护配置方案对于风电场升压变电站，应当给变压器配置完整的主保护和后备保护，并且后备保护主要作为变压器内部故障和低压侧线路故障的后背保护，其它视系统稳定要求等特殊因素而定；对于风电场的送出线路，取决于风电场接入系统的电压等级：当风电场接入220kv及以上的系统时，将分相电流差动微机保护装设在送出线路的两侧是比较不错的保护方案；当风电场接入220kv以下系统时，由于装机容量较小的缘故，在送出线路的风电场侧不需要配置保护，而在系统侧需要配置距离保护、电流保护等，并采用三相重合闸方式。同时，完善双馈感应风力发电机自身的保护配置也十分重要。,线路故障对双馈感应风机输出特性的影响研究,总结：本PPT对线路发生故障时，双馈感应风机的输出特性进行了研究，分析了电网发生不同故障时，风电机组的输出特性。同时，通过分析双馈感应风机在线路故障时的输出特性，提出适合风电场的继电保护配置方案。并且，使用了MATLAB的动态仿真工具simulink对电网的不同故障进行了动态仿真。结果表明：当线路发生单相、两相及三相故障时，双馈感应风机的输出特性会发生不同程度的改变；风力发电场继电保护