雷显国 答辩PPT

1、雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)1双馈风力发电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究学 生：雷显国指导老师：段建东 教授报告时间：2012.2.25雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)2目录o前言o双馈风力发电机及其控制系统基本理论与仿真模型o双馈风力发电机短路电流特性与撬棒保护的研究o风电场联络线的自适应速断保护研究o总结与展望雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)3一 前言o课题背景及研究意义 风电的大规模开发利用项目背景雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保

2、护研究 导师：段建东(教授)4一 前言雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)5二双馈风力发电机及其控制系统的基本理论与仿真模型 o双馈风力发电机的工作原理及其数学模型 o双馈风力发电机组的控制系统o双馈风力发电机的仿真模型建立 o小结雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)62.1 双馈风力发电机的工作原理及其数学模型 o工作原理齿 轮 箱DFIG变 压 器网 侧变 频 器 (GSC)转 子 侧变 频 器 (RSC)电 网n1n2f1f2图2-1：双馈风力发电机系统图rnnn21 （2-1） 1260ffnr （2-2）

3、雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)72.1 双馈风力发电机的工作原理及其数学模型 ssssdtdiRu （1）rrrrrjdtdiRu （2）rmsssiLiL （3）smrrriLiL （4）dtdnJTTpem (5)o数学模型雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)82.2双馈风力发电机组的控制系统双馈风力发电机组的控制系统 o控制系统介绍DFIG齿轮箱变压器电网DFIG控制系统 1、转子侧变频器控制2、网侧变频器控制 电网调度控制命令风力机控制系统桨距角控制measdcUPWMPWMmeasgenmeasro

4、torIrefgridP)( refdcU)(refgridPrefgridQmeasacImeasgridPmeasgridQ雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)92.2双馈风力发电机组的控制系统双馈风力发电机组的控制系统o控制系统的参考坐标系 雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)102.32.3双馈风力发电机的仿真模型建立双馈风力发电机的仿真模型建立 oDIgSILENT中转子侧变频器控制模块雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)112.4 DIgSILENT中双馈风力发电

5、机的控制系统 oDIgSILENT中网侧变频器控制模块 雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)122.4 DIgSILENT中DFIG的控制系统 o恒功率控制模式仿真结果雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)13三双馈风力发电机短路电流特性与撬棒保护的研究双馈风力发电机短路电流特性与撬棒保护的研究 o双馈风力发电机的短路电流特性 o转子撬棒保护电阻值的研究 oDFIG撬棒电阻的仿真分析 o小结雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)143.1 3.1 双馈风力发电机的短路电流特性双馈

6、风力发电机的短路电流特性o主动式撬棒保护电路： 雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)153.1 3.1 双馈风力发电机的短路电流特性双馈风力发电机的短路电流特性o电网发生对称短路故障时： tjsssekVttu)(0（1） 其中 1 , 0k，为电压跌落分数。则Crowbar电路不动作和动作时的短路电流分别为：（2）)(000)1 ()(ttLRtjssssrmtjsssssssseeLjVkLiLeLjkVtti （3）)1)( )1 ()()(000rsrrrsttLRtjssstjssssLjRRkkeeLjVkeLjkVttissss) )1 (

7、)(1()(00ttLRtjrsstjrssrsrrrsssrsssseeLjVkeLjkVLjRRkkLki雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)16o电网发生不对称故障时：)()(00210ttVeVeVtteVutjtjtjsssss（4） 式中021,VVV分别为正序、负序和零序电压分量。则Crowbar电路不动作和动作时的短路电流分别为：3.1 3.1 双馈风力发电机的短路电流特性双馈风力发电机的短路电流特性（5）srmttLRtjssstjsstjsssLiLeeLjVVVeLjVeLjVttisssss)(2121000)(（6）)()1 (

8、)()(2121000ttLRtjswssstjsstjrsrrrssssssseeLjVVVLjeVLjeVLjRRkktti雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)17 对比公式（2）（3）和（5）（6）可以发现双馈风力发电机的短路电流受到短路时刻 、电压跌落深度、撬棒电路是否动作等情况的影响。 对于撬棒电路动作的情况，电网电压在故障时的跌落深度、故障发生前风力发电机的转速以及撬棒电阻值的大小均对撬棒保护效果有影响。而前两种影响因素分别由故障类型和风速决定而无法控制，所以要达到较好的保护效果就需要从选择最优化的撬棒电阻入手。0t3.1 3.1 双馈风力发

9、电机的短路电流特性双馈风力发电机的短路电流特性雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)183.2转子撬棒保护电阻值的研究cbrrRIUmax.max.max.lim.max.rrcbIURrcbRR 电网故障期间，撬棒电路动作，一般 ，所以近似认为转子最大电压为：为了直流环节不出现过电压，撬棒阻值必须满足的约束条件为： 所以撬棒电阻的最大取值为：lim.max.rrUU541. 0%)101 (2690480lim.rU p.u 雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)193.2转子撬棒保护电阻值的研究转子侧短路电流峰值为

10、：)2(max.TiIrr表1：转子电流计算值电压跌落到20%电压跌落到30%电压跌落到40%电压跌落到50%IrmaxIrmax5.104.213.623.13max.lim.max.rrcbIUR表2：撬棒阻值计算值 电压跌落到20%电压跌落到30%电压跌落到40%电压跌落到50%Rcb.maxRcb.max0.1050.1280.1500.173雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)203.4 仿真分析雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)21表表3：转子最大冲击电流测量值和计算值：转子最大冲击电流测量值和计算值

11、电压跌落到20%电压跌落到30%电压跌落到40%电压跌落到50%仿真值计算值仿真值计算值仿真值计算值仿真值计算值Rcb=0.1054.9935.023.9904.073.3903.452.8532.9Rcb=0.1284.0654.133.4653.513.2103.262.8412.88Rcb=0.1503.8554.023.4533.483.1753.212.6322.71Rcb=0.1733.8483.953.4473.413.0893.112.4512.543.4 仿真分析雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)223.4 仿真分析表表4：转子电压测

12、量值和计算值：转子电压测量值和计算值电压跌落到20%电压跌落到30%电压跌落到40%电压跌落到50%仿真值计算值仿真值计算值仿真值计算值仿真值计算值Rcb=0.1050.337 0.540 0.307 0.448 0.395 0.380 0.373 0.319 Rcb=0.12810.340 0.582 0.316 0.495 0.396 0.460 0.377 0.406 Rcb=0.15070.373 0.671 0.320 0.581 0.396 0.536 0.378 0.453 Rcb=0.1730.381 0.727 0.322 0.627 0.397 0.572 0.379 0.

13、467 雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)23四、风电场联络线自适应速断保护的研究 o保护的基本原理 o保护算法实现o实际分布式风场联络地区电网的Digsilent仿真模型 o风电场联络线自适应保护的仿真研究 雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)244.1自适应电流速断保护原理o自适应电流速断保护整定值的实时算法可表示为：LmdksetZZEKKI（4-1）雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)25o保护流程图与保护范围： 4.2算法实现雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络

14、线自适应保护研究 导师：段建东(教授)264.2算法实现o保护范围)11 (1kkZIKKLmZZ雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)274.34.3实际分布式风场联络地区电网的实际分布式风场联络地区电网的DigsilentDigsilent仿真模型仿真模型雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)284.4风电场联络线自适应保护的仿真研究1 故障时间不同（单相故障）雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)294.4风电场联络线自适应保护的仿真研究1、故障时间不同（相间故障）雷显国：双

15、馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)304.4风电场联络线自适应保护的仿真研究1、故障时间不同（三相故障）雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)314.4风电场联络线自适应保护的仿真研究2、撬棒电路是否动作 （单相故障）雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)324.4风电场联络线自适应保护的仿真研究2、撬棒电路是否动作（相间故障）雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)334.4风电场联络线自适应保护的仿真研究2、撬棒电路是否动作（三相故障）雷显国：双馈

16、风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)344.4风电场联络线自适应保护的仿真研究3、故障位置、风电场容量等其他情况 短路位置K1K2K3单相短路接地9MW+-3MW+-两相相间短路9MW+-3MW+-两相短路接地9MW+-3MW+-注：“+”表示保护动作，“-”表示保护不动作。雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)355 结论与展望结论与展望p概述了风力发电技术的重要意义和应用发展情况，叙述了国内外的研究现状；p详细分析并介绍了风力发电机的数学模型，并在DIgSILENT平台上建立的双馈风力发电机的控制模型，对该模型的正确性进行了仿真验证；p推导了双馈风力发电机的动态电流特性，在此基础上计算了撬棒电路中撬棒电阻值选择，并进行了仿真验证； p介绍了了自适应电流保护原理，编写了联络线风电场侧保护的配置程序，仿真验证了自适应保护对影响风电机组短路电流特性的各因素均能很好的适应。1、结论、结论雷显国：双馈风电机撬棒保护与风电场联络线自适应保护研究 导师：段建东(教授)365 结论与展望结论与展望o本文是基于DFIG进行研究，而永磁同步风力发电机所