适用于继电保护整定计算的双馈风电机组等效模型

随着双馈风电机组并网容量的不断增加,风电机组的接入对电网继电保护的影响逐渐增强,研究适用于继电保护整定计算的双馈风电机组短路电流计算方法尤为重要。为了解决这一问题,并考虑到继电保护整定计算的实用性,建立了一种适用于继电保护整定计算的双馈风电机组等效模型。通过对双馈风电机组基本关系式的推导,得到了双馈风电机组的简化等效电路。通过对简化等效电路以及双馈风电机组发生短路故障时的暂态过程进行研究,推导出等效电动势的表达式,并进一步推导出了双馈风电机组的短路电流计算公式。最后通过仿真验证了等效电路和短路电流计算公式的准确性,为双馈风电机组的继电保护整定计算提供了一种新的等效模型。     

基于序网等值电路的双馈风电机组接入系统短路电流计算方法

为了方便和准确地计算双馈风电机组(DFIG)接入系统的短路电流分布,提出了投撬棒后DFIG的工频和转频序网等值电路,并给出了利用该等值电路计算系统短路电流的方法。通过求解投撬棒后DFIG磁链的状态微分方程,得到其工频分量和转频分量的解析表达式。在此基础上,将DFIG的电压空间矢量方程按转频和工频分量进行分解,并根据空间矢量与相量间的关系,分别形成了转频和工频序网等值电路。其中,转频正序、负序等值电路分别为带内阻抗的电势和无源阻抗,而工频正序、负序等值电路均为无源阻抗。利用该等值电路只需已知DFIG的电机参数和故障初值条件而无需仿真即可求得DFIG接入系统各处的短路电流。以某DFIG接入系统为例,通过PSCAD仿真验证了该等值电路和短路计算方法在不同故障条件下的有效性。     

计及撬棒保护的双馈风电机组不对称短路电流特性分析

电网故障时,双馈式感应风电机组(DFIG)在机端电压深度跌落过程中表现出的电磁暂态特性十分复杂。计及撬棒保护的DFIG不对称短路特性研究较少,为了准确描述机端电压深度跌落过程中DFIG不对称短路电流变化特性,基于空间矢量和序分量法,建立了双馈感应电机的正、负序数学模型。在考虑双馈风电机组不同初始运行功率的情况下,通过数学解析的方法推导了撬棒保护电路投入后定转子正、负序磁链的计算表达式,在此基础上得到了定、转子电流的解析表达式。该方法同样适用于对称性故障时DFIG短路电流的解析计算。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件验证了双馈风电机组机端发生对称和不对称电压跌落时定子电流解析计算表达式的准确性。     

基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。     

UPFC提高双馈风电机组稳定性的动态仿真分析

提高风电场的低电压穿越能力LVRT（Low Voltage Ride Through）以及维持并网系统暂态稳定具有重大意义。针对双馈风电机组利用自身背靠背变流器控制电磁转矩和无功功率这一方案的不足以及撬棒保护电路（Crowbar）在故障期间频繁投入与退出可能引起电磁转矩波动的问题。分析了UPFC和双馈风电机组的数学模型与控制策略,在DIgSILENT/PowerFactory中建立了含UPFC的风电并网系统仿真模型,通过研究故障前后风电场PCC节点电压,风电场发出功率状况以及风电机组的转速稳定性,验证了UPFC对风电场电压稳定的支撑作用,并能维持风电并网系统的暂态稳定。     

基于撬棒保护的双馈风电机组三相对称短路电流特性

双馈感应发电机在其并网点电压跌落较深时必须具备低电压穿越能力,而撬棒(crowbar)保护电路是目前运用较为广泛的一种低电压穿越方式。分析了装设有撬棒保护电路的双馈风电机组机端三相对称短路情况下的短路电流特性,通过仿真软件PSCAD/EMTDC研究了影响双馈风电机组输出短路电流的因素,包括撬棒电阻、直流母线电压和网侧变流器,推导了双馈风电机组在额定运行工况下定、转子短路电流的近似求解公式。最后,在考虑定转子磁链耦合作用的基础上给出了一种等效阻抗电压源模型,有利于接有分布式风电机组的配电网保护配置的进一步研究。     

不同撬棒保护投入时刻下双馈风电机组短路电流计算分析

双馈感应风电机组故障特性不同于传统同步电机,对电网继电保护的整定与配合产生不利影响,需从解析的角度揭示双馈感应风电机组的故障暂态机理。以双馈感应发电机空间矢量模型为基础,结合电路动态响应理论,建立了双馈风电机组三相短路电流解析计算模型。所建模型考虑了定、转子电阻的影响,从理论上证明了衰减时间常数的由来及与频率分量的对应关系。考虑到控制作用的影响,撬棒的投入会有延时,解析模型计及了不同的撬棒保护投入时刻。与仿真和现场试验结果对比验证了所建模型的准确性,并从仿真角度分析了转子电压、双馈风电机组运行状态及转子侧控制策略对故障电流的影响。最后运用解析模型定量评估了定转子电阻、短路发生时刻及DFIG的运行工况等因素对短路电流的影响。     

计及不同电网电压跌落程度的双馈风电机组定子电流分析

双馈风电机组在机端电压跌落程度不同的情况下会表现出不同的暂态特性,随着风电机组的大规模并网,其故障暂态特性对于电网的安全稳定运行具有重要意义。以对称故障为例,基于双馈感应发电机的转子电压方程,采用统一方法分析了电网故障导致的不同机端电压跌落程度下双馈风电机组的定子电流。在机端电压严重跌落时。分析并推导了投入撬棒保护电路情况下双馈感应发电机定子电流的表达式。而在机端电压非严重跌落时,在考虑转子侧变流器控制系统对定子电流的影响的基础上,定性地分析了双馈感应发电机定子电流动态变化过程。通过仿真进一步分析了机端电压不同跌落情况下定子电流的变化规律并且验证了所推导表达式的正确性。     

基于双馈式风电机组的风电场实用动态等值模型研究

针对采用风电场详细模型导致仿真计算复杂的问题,对风电场动态等值展开研究。选取机组类型和参数完全相同的风电场,提出基于风速等值的单机倍乘等值法;以机组类型相同但参数不完全相同的风电场为例,采用基于同调等值的容量加权等值法。基于DIgSILENT／PowerFactory软件,通过比较风电场单机倍乘模型、容量加权模型和详细模型在风速改变和暂态故障情况下的仿真结果,验证了不同模型的准确性和适用性,结果表明所提方法实用有效。     

适用于后备保护整定计算的阶段式发电机模型

目前,保护整定计算中,发电机常采用次暂态模型来简化计算,但该模型未考虑短路电流随时间的衰减,而后备保护具有延时特性,采用发电机次暂态模型进行后备保护整定计算将降低保护定值的精度。为提高后备保护整定计算的精度,提出了阶段式发电机模型,基于在后备保护典型时间节点处获取线路故障时发电机输出的电气量特性,得到该时间段等效的发电机静态模型,继而构成适用于后备保护整定计算的阶段式发电机模型。最后,在IEEE 39节点系统中仿真验证了该模型可以进一步提高后备保护整定计算的定值精度。     

继电保护一体化整定计算数据模型拼接新思路

提出了一种以边界开关为模型拼接点的继电保护一体化整定计算数据模型拼接新思路。针对各种典型的一体化整定计算应用场合和数据建模方式,给出了完整的模型拼接思路和原则。该方案原理简单,通用性强,可靠性高,易于程序实现,对不同单位数据建模的规范性要求较低。在安徽电网继电保护省地县一体化整定计算系统的应用验证了方法的有效性,方法在继电保护一体化整定计算数据模型拼接方面具有良好的推广应用前景。     

计及撬棒保护影响的双馈风力发电机组故障电流特性研究

为了研究对称及不对称电网故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性,建立了两相静止坐标系下双馈风力发电机组的动态模型。对近区严重故障且撬棒保护动作情况下双馈风力发电机组的定子绕组磁链动态过程进行了研究,提出了一种兼顾精确性和简易性的定子绕组磁链简化计算模型。以此为基础,对对称故障和不对称故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性进行了分析,得到了其解析表达式,建立了故障电流的等效计算模型。数字仿真结果表明,理论分析结果在故障发生后的前2个工频周期内具有很高的精确度,可以满足继电保护原理研究和整定计算的应用要求。     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。     

继电保护整定计算及定值仿真系统

继电保护整定计算及故障仿真系统的开发 ,使用了新的思路和方法 ,涵盖了继电保护整定计算及定值管理工作的全过程 ,切实解决了多年来保护定值计算中 ,参数、阻抗图、计算过程、计算结果、定值单管理分离等造成的过程繁杂、不易管理的问题。也很好地解决了计算程序限制多造成使用不便的问题 ,计算工作既可以全自动进行 ,也可以方便地加入工程师的丰富经验 ,使整定值达到最优设置。其定值仿真功能更能提前发现定值是否正确、合理 ,还可以进行电网实际故障模拟等工作     

基于双馈风机短路特性的风电场集电线路继电保护整定方法研究

目前的定值整定工作中往往将风电场作为负荷或常规电源进行分析计算,已经导致了多起事故,因此深入研究风电场的故障特征以及对系统继电保护的影响显得非常重要。首先,在双馈风机短路等值参数模型的基础上,研究了风机短路特性对集电线路保护的影响和集电线路继电保护整定值整定方法。其次,充分考虑了风机短路故障电流的影响,并提出了一套完整的集电线路系统继电保护定值整定方法。该方法分析了三相短路和两相短路的短路电流,提出了集电线路相间过电流保护和汇集线接地故障的零序电流保护的整定原则和计算过程。该策略避免了风机发生故障时产生的过电流对下游集电线路继电保护装置造成冲击和误动,目前已经在实际风电场得到了应用,验证了该方法的有效性。     

从简化整定计算论线路的微机型继电保护装置

为简化整定计算,提出尽量减少微机型继电保护装置的定值数量及运行方式控制字,并给出了相应的有效措施。在220kV及以上电压等级线路用接地距离保护代替阶段式零序电流保护。并辅之以具有反时限特性的零序电流作为接地保护。介绍了普通反时限特性,并提供了缺乏反时限特性段或电压互感器断线时的电流、时间整定原则。在110kV及以下电压等级线路用相间距离保护代替电压电流保护和方向元件作为相间保护。为实现远后备保护功能。应配置过电流保护和负序电流保护。分析认为具有光纤通道的纵联电流差动全线速动保护是220kV及以上电压等级和35～110kV电压等级线路保护的发展方向。     

750 kV变压器保护配置及整定计算探讨

750 k V电网作为西北地区主网架目前正处于快速发展期。结合750 k V变压器特点,分析了差动保护与各侧后备保护的配置原则及应注意的问题。考虑到750 k V变压器差动保护配置较为完备,明确变压器区内故障主要依靠差动保护切除,而后备保护主要用于反应本侧母线及线路出口故障。协调区外出口附近故障的灵敏性、快速性与选择性的矛盾是变压器后备保护整定计算的关键。在此基础上,提出了750 k V变压器保护的整定方案,并就阻抗保护适用性、差动保护完善、后备保护简化及变压器保护自动整定等问题进行了探讨。本方案已在西北750 k V变压器保护中获得应用。