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《双馈风力发电机三相短路分析及短路器最大电阻整定_张建华》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第4期电力自动化设备Vol.29No.462009年4月ElectricPowerAutomationEquipmentApr.2009双馈风力发电机三相短路分析及短路器最大电阻整定1,21111张建华,陈星莺,刘皓明,王平,王冰(1.河海大学电气工程学院,江苏南京210098;2.扬州大学能源与动力工程学院,江苏扬州225009)摘要:双馈风力发电机三相短路保护装置的整定取决于其短路电流。为了提高整定精度,提出将三相短路过程分解为稳态运行和反向电压暂态运行2个部分,并建立了相应的数学模型。利用Maple软件对数学模型进行拉普拉斯
2、变换及其逆变换,求取短路电流的解析表达式,并用仿真方法加以验证。分析结果表明在短路电流中存在直流分量、交流基波分量和交流谐波分量,各分量的变化规律由双馈风力发电机的参数、转差率及转子励磁电压决定,而短路电流的大小主要取决于交流分量。因此,根据短路电流的交流分量对短路保护装置最大电阻进行了整定。关键词:双馈风力发电机;三相短路;电流分量;拉普拉斯变换及逆变换;仿真中图分类号:TM614;TP391.9文献标识码:A文章编号:1006-6047(2009)04-0006-050引言1双馈风力发电机动态模型自20世纪70年代石油危机以来,风力发
3、电在双馈风力发电机系统结构示意如图1所示。一些发达国家受到重视并逐步发展起来。随着风力发电的发展,大容量的风电场并网研究与运行已成[1-4]为必然趋势。对于并网的风力发电机,必须分析其短路电流的变化规律,为风力发电机的保护提供理论依据,使得当电网发生定子三相短路故障时,风力发电机能[5-6]够通过继电保护装置实现自我保护。在并网型的风电场中普遍采用双馈风力发电机。然而,关于双馈风力发电机定子三相短路的分析研究所见报道[7]不多。到目前为止,对短路电流的精确描述还少见报道。文献[8]中给出了最大短路电流的近似计算公式,但反映短路电流的变化规
4、律与实际的行为图1双馈风力发电机系统结构示意图有较大的误差。原因在于其解析分析过程比较复Fig.1Structureofdouble-fed杂,为了得到其解析表达式在分析过程中做了过多wind-drivengeneratorsystem的近似。发电机采用三相绕线式异步发电机,定子绕组此外,由于定、转子的磁耦合,发生短路故障并网,转子绕组外接变频器实现交流励磁。当发电时短路电流将流过变换器,极有可能引起变换器机转子旋转频率变化时,控制转子励磁电流确保定发生故障。因此,还必须对变换器进行短路保护,子输出频率恒定。现有的保护方式是在双馈风力发电
5、机的转子侧加双馈风力发电机定子三相对称短路可视为是电装短路器,但是由于无法精确描述短路电流的变磁暂态过程,可以用暂态微分方程加以描述。在三化规律,使得对短路器最大短路电阻缺乏有效的相短路分析中利用叠加定理,即认为发生短路瞬间整定方法。等效为在电机的端头加上了与电机突然短路前的端本文建立双馈风力发电机的数学模型,给出双电压大小相等但方向相反的三相电压。因此,双馈馈风力发电机短路过程中的定子电流的解析解,在风力发电机突然三相短路问题就变成了下述2种工此基础上对定子电流的各分量进行分析说明,并将况的叠加:结论用于短路保护装置短路器的最大电阻整定
6、。a.与短路前一样的稳定运行状况;b.在电机端头加上与电机突然短路前的端电收稿日期:2008-09-02;修回日期:2008-12-09基金项目:/十一#五0国家科技支撑计划项目(2006BAA01A24);压大小相等但方向相反的三相电压。江苏省高校自然科学基础研究项目(08KJD480001)在三相对称条件下,采用同步速度旋转的坐标系统dq0,双馈风力发电机电压方程及磁链方程有如第4期张建华,等:双馈风力发电机三相短路分析及短路器最大电阻整定7下形式:其中,uds、uqs,ids、iqs分别为定子电压和电流d[8]定、转子电压方程轴和q
7、轴分量;udr、uqr,idr、iqr分别为转子电压和电流d7dsd轴和q轴分量;7ds、7qs,7dr、7qr分别为定子和转uds=r1ids+-7qsX1dt子磁链d轴和q轴分量;Ls=L1+Lm,Lr=L2+Lm,d7qsL1、L2分别为定子和转子漏电感,Lm为励磁电感,uqs=r1iqs++7dsX1dtr1、r2分别为定子绕组和转子绕组电阻;X1为同步角(1)d7dr速度;Xr为转子角速度;d/dt为微分算子。udr=r2idr+-7qr(X1-Xr)dt由式(1)(2)消去磁链得到以电流为变量的描述d7qr双馈风力发电机电磁暂
8、态过程的状态空间方程,有uqr=r2iqr++7dr(X1-Xr)dt如下形式:dI定、转子磁链方程=AI+BU(3)dt7ds=Lsids+Lmidr,7qs=Lsiqs+Lmiqr(2)其
