大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的故障分析及保護(hù)策略研究.pdf

1、近年來連續(xù)發(fā)生的多起風(fēng)機(jī)大規(guī)模連鎖脫網(wǎng)事故引起了政府及各研究機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性的關(guān)注。事故調(diào)查結(jié)果表明,風(fēng)機(jī)大規(guī)模脫網(wǎng)的主要原因除了風(fēng)機(jī)在故障存在及恢復(fù)期間的弱生存性以外,現(xiàn)階段風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的保護(hù)策略及方案也難以應(yīng)付大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)。
　　目前,針對(duì)風(fēng)機(jī)大規(guī)模脫網(wǎng)現(xiàn)象,不僅要從機(jī)組本身的控制出發(fā),改善其暫態(tài)特性,更要電網(wǎng)保護(hù)及控制等策略與風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越(LVRT)特性相配合,才能最大程度地實(shí)現(xiàn)其故障穿越的能

2、力。因此,本文首先介紹了異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)及雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)組結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型及短路電流計(jì)算式,并基于PSCAD/EMTDC仿真軟件對(duì)不同故障類型下的風(fēng)機(jī)暫態(tài)特性及短路電流特性進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,具備LVRT能力的風(fēng)電機(jī)組在故障持續(xù)期間會(huì)有持續(xù)的短路電流輸出,對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)選擇性及靈敏性均有影響;而且雙饋風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)特性及故障穿越特性因其自身的控制的限流及調(diào)壓作用,要優(yōu)于異步電機(jī)。
　　其次,本文針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)集電線路電流保護(hù)動(dòng)

3、作延時(shí)較長的不足,提出了一種適用于集電線路的自適應(yīng)反時(shí)限低電壓方向保護(hù)策略,啟動(dòng)判據(jù)為低電壓,動(dòng)作延時(shí)為集電線路匯流母線電壓及故障線路電流的反時(shí)限,通過系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路的故障電氣量信息來整定保護(hù)定值,不僅能與箱變保護(hù)的熔斷器相配合,又能降低對(duì)非故障集電線路上的風(fēng)電機(jī)組LVRT能力的要求,快速、準(zhǔn)確及有效地切除故障。本文還針對(duì)基于VSC-HVDC的海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)特點(diǎn),提出了一種可分段進(jìn)行故障切除的風(fēng)電場(chǎng)直流輸電線路距離保護(hù)

4、策略,此方法以基于保護(hù)處電壓測(cè)量值計(jì)算得出的故障距離作為動(dòng)作判據(jù),以VSI中的反偏二極管在故障中的過電流特性來整定距離保護(hù)各段間延時(shí),在保證電力電子器件安全的同時(shí),也實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬性短路故障的高可靠性及選擇性,避免了直流電纜故障時(shí)全部切除風(fēng)機(jī)的弊端。
　　最后,本文為了驗(yàn)證保護(hù)方法的可靠性與正確性,通過PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建了典型風(fēng)電場(chǎng)模型,并對(duì)各故障類型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證結(jié)果表明自適應(yīng)的反時(shí)限低電壓方向保護(hù)策略在各種