双馈风力发电机三相短路分析及短路器最大电阻整定.pdfVIP

第29卷第4期 电力自动化设备 V01．29No．4 ElectricPowerAutomation o2009年4月 Equipment Apr．2009 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1’2，陈星莺1，刘皓明1，王平1，王 冰1 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软件对教学模型 进行拉普拉斯变换及其逆变换，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 O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 为必然趋势E卜4|。 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 够通过继电保护装置实现自我保护E5。6|。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 不多[7]。到目前为止，对短路电流的精确描述还少 见报道。文献E8-1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律与实际的行为 图l双馈风力发电机系统结构示意图 Structureofdouble—fed 有较大的误差。原因在于其解析分析过程比较复 Fig．1 wind—driven 杂，为了得到其解析表达式在分析过程中做了过多 generatorsystem ● 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