风电场接入的高压输电线路保护及重合闸方式研究

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1、风电场接入的高压输电线路保护及重合闸方式研究ResearchontheProtectionandReclosingofHighVoltageTransmissionLineIntegratedwithWindFarms学科专业：电力系统及其自动化研究生：李明浩指导教师：李斌教授天津大学电气及自动化工程学院二零一五年十二月摘要发展新能源以应对能源和环境危机是当前世界各国的共识。风力发电是当今新可再生能源发电技术中最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，受到全球广泛关注与开发利用。我国风电产业在实现快速发展同时，也面临着各种各样的问题。国内对于风电场及其送出线路保护

2、的系统研究较为缺乏，传统保护无法适应风电场的特殊性，难以安全、可靠、快速地切除故障，保证整个风电场的安全可靠运行及输电线路的持续稳定工作。本文首先分析了几种常用风力发电机的基本组成结构和原理，对双馈风力发电机实现变速恒频发电的工作原理进行了详细解释，阐述了PWM变流器在其中起到的作用，给出了双馈风机在同步旋转坐标下的数学模型。对PWM变流器的工作原理进行了分析，对矢量控制方法进行了介绍。研究了故障发生后双馈风机进行低电压穿越的控制策略，并在此基础上分析得出了风电场送出线路的故障电流暂态特征。最后结合贵州某风电场，基于PSCAD/EMTDC搭建了风电场模型，并对风电场的故障暂

3、态特性进行了仿真验证。本文阐述了风电场送出线路的保护配置情况，分析了双馈风力发电机在不同故障类型、不同故障点、不同有功出力时纵联保护、距离保护和选相元件的动作情况。研究发现风电场接入的输电线路电流差动保护灵敏度需要重视，距离保护无法反应送出线路的三相短路故障，相电流差突变量选相元件无法正确选相等重要结论。针对送出线路发生故障后风电场的故障特性，分析了风电场接入对不同重合闸方式、时间定值和检定方式的影响。分析了单相重合闸期间可能出现的电压上升导致风机脱网现象，得出无功过补偿导致电压越线的结论。针对风电场送出线路三相跳闸后的孤岛现象，结合贵州某风电场的故障脱网实例，研究了三相重

4、合闸的不同检定方式及策略。比较了采用不同重合闸方式的优缺点，提出适用于风电高压送出线路的综合重合闸方案。关键词：双馈风力发电机电流差动保护距离保护选相元件重合闸ABSTRACTItiscommonunderstandingofallthenationsintheworldtodevelopnewenergytechnologiestodealwiththeenergycrisisandenvironmentalcrisis.Windpowergenerationisthemostmature,themostlarge-scaledevelopedandthemostcomm

5、erciallypromisinginthenewrenewableenergygenerationtechnologies,whichhasbeenwidelyconcernedbytheworld.Witharapiddevelopment,China'swindpowerindustriesarenowfacingavarietyofproblems.Lackingofresearchonthewindfarmsandtheirtransmissionlineprotection,thetraditionalprotectionisunabletoadapttothe

6、specialnatureofwindfarms.Itisdifficulttoremovethefaultssafely,reliablyandquicklytoensurenotonlythesafeandreliableoperationofthewindfarmsbutalsothecontinuousandstableoperationoftransmissionlines.Atfirst,thispaperanalyzesthebasicstructuresandprincipleofseveralcommonwindgenerators.Onthisbasis

7、,adetailedexplanationofthedoublyfedasynchronousgenerator（DFIG）toachievetheprincipleofwindpowergenerationwithvariablespeedandconstantfrequencyisprovided.Mathematicalmodelofthedoubly-fedwindturbinehasbeenstudied,obtainedundermathematicalequationssynchronousrotat