永磁直驱风力发电机继电保护研究

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1、专业学位硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：永磁直驱风力发电机继电保护研究论文题目(外文)：TheRelayProtectionResearchonPermanentMagnetDirect-driveWindPowerGenerator研究生姓名：曾德军学位类别：专业学位专业名称：电气工程导师姓名职称：何山副教授论文答辩日期2015年5月23日学位授予日期年月日新疆大学硕士学位论文摘要随着风力发电技术日益成熟，直驱永磁风力发电机相关技术的研究也进入了白热化阶段，目前6MW、10MW的永磁发电机正在研发中，但与其相应的继电保护研究工作一直滞后，因此

2、随着永磁发电机单机容量的增大，与其相应的继电保护研究也应该跟上，否则，其机组一旦发生故障，会造成严重后果，因此开展永磁风力发电机的继电保护研究势在必行。本文基于MATLAB软件，对永磁直驱风力发电机的继电保护开展了以下几方面的研究：首先，概述了直驱永磁同步风力发电机的基本结构及其基本原理，并建立了永磁发电机数学模型及其仿真模型；建立了风力机的数学模型及其动态仿真模型。第二，分析了当前风电机组的典型故障及永磁发电机的不对称运行故障；分析了永磁发电机定子绕组匝间短路的工作原理；分析了一些永磁发电机基本保护，并提出了它们之间相互配合运用的方法，进而提出了PMSG

3、的综合保护策略。第三，针对目前风电场35kV美式箱变的缺相运行问题，提出给其配备缺相保护及其高压侧保护方案，并给出了几种可供选择的二级熔断器类型；根据当前风电场高电压穿越的机理，分析了两种可实现风电机组高电压穿越的方案。第四，基于MATLAB软件搭建了：正常工作情况下1.5MW永磁同步风力发电系统仿真模型；给定风速下的永磁同步发电机故障仿真模型；永磁发电机定子绕组匝间短路仿真模型；1.6MVA/35kV箱变的故障仿真模型。基于上述仿真模型，获得了各自模型相应的故障特征量，并对各特征量进行了分析比较，从而得出：永磁发电机出口端发生三相短路故障对发电机的影响要

4、比变流器出线端发生三相短路故障时的严重；箱变两侧线路上发生三相短路时产生的短路冲击电流要大于其它短路故障类型产生的冲击电流，且其导致线路上电压跌落也较其它故障产生的明显，单相接地短路故障对箱变两侧线路上产生的影响较其它故障类型产生的小；箱变低压侧线路上发生的短路故障对系统电流的影响较高压侧的大，而对系统电压的影响较高压侧的小。第五，基于仿真数据，为进一步加强永磁发电机系统的保护配置，本文做了以下几I新疆大学硕士学位论文方面的改进与完善：①为防止定子引出线上故障时过大短路电流烧毁绕组，给其配备比率差动保护。②为防止定子绕组匝间短路，给其配了机内高灵敏横差与引

5、出线上不完全纵差相结合的保护。③为防止美式箱变低压线路上故障时过大短路电流烧毁箱变，给其低压线路上配备短延时的电流速断保护，并通过MATLAB软件验证了它的可行性。④为防止箱变高压侧线路上过流断路器拒动或误动，给其配备过流保护与低压保护相结合的保护。⑤为防止PMSG启动过程中因启动电流过大引起的误动，保证发电机正常运行中具有较高灵敏系数，给其配备了改进的电流速断保护。基于本文的仿真数据，建议：对现有的过流保护整定值进行相应提高，对现有的保护动作时限进行相应延长，并对改进方案进行了仿真验证，仿真结果表明：该改进方案能够正确动作，具有可操作性。关键词：永磁发电

6、机；故障仿真；定子匝间短路保护；缺相保护；电流速断保护II新疆大学硕士学位论文AbstractWiththewindpowergenerationtechnologyhasbecomeincreasinglymature,thestudyofthedirect-drivepermanentmagnetsynchronousgeneratortechnologyalsoenteredthehotstage,thedirect-permanentmagnetgeneratorswith6MW,10MWarebeingdeveloped,buttheprotec

7、tionofthecorrespondinghasbeenlaggingbehind,sowiththeincreaseofpermanentmagnetgeneratorunitcapacity,thecorrespondingResearchonrelayprotectionshouldalsokeepupwith,otherwise,theunitoncefaultoccurs,itcancauseseriousconsequences.Sotheresearchontheprotectionofpermanentmagnetsynchronousg

8、eneratorshouldbeimperative.Inthis