交流励磁型异步化同步发电机保护研究

摘要

异步化同步发电机有两相直流励磁和三相交流励磁两种形式。由于异步化同步发电机与传统的同步发电机有不同的转子励磁结构及不同的励磁控制策略，使其具有传统同步发电机无法相比的优点：有功、无功及转速(在交流励磁时)可以独立调节；大量吸无功运行时电机不会失去稳定；可以实现变速恒频发电。因而异步化同步发电机在我国的电力工业及交流电气传动系统中有极为广阔的应用前景。异步化同步发电机在我国的商业开发和异步化同步发电机保护的应用研究势在必行。本文着重讨论交流励磁型异步化同步发电机，简称交流励磁发电机。 本文通过分析传统的同步发电机定子单相接地保护理论，提出了解决交流励磁发电机定子单相接地保护方案，即根据交流励磁发电机定子接线方式，分为中性点不接地和中性点接地系统(含经消弧线圈接地方式)两种情况。对第一种情况，由于其多用在中小型交流励磁发电机中，故提出了采用机端零序电压保护方案，并建立了并网后的交流励磁发电机的数学模型系统进行分析；对于第二种情况，即对于大中型交流励磁发电机提出了采用外加电源的定子单相接地保护方案，该方案避开讨论复杂的交流励磁发电机定子短路谐波，采用成熟的外加电源的定子接地保护方法。 交流励磁发电机励磁系统是发电机的核心部分，该系统有别于传统同步发电机励磁系统，做好该系统的保护，是本文的最主要工作。从交流励磁发电机励磁系统控制原理入手，深入研究交流励磁发电机励磁系统，分析励磁系统故障特征，提出了励磁电流不能突变和励磁电流严格保持三相对称运行作为主判据，判别励磁系统故障。在此基础上提出了交流励磁发电机整定方法和保护算法，分析了几种不同情况下保护特性，并做了数字仿真校验灵敏度。 由于交流励磁发电机和传统发电机定子结构完全相同，通过分析传统同步发电机在保护定子绕组相间和匝间短路的原理，得出了该保护方案同样适用于交流励磁发电机的定子绕组。因此，通过借鉴传统同步发电机比较成熟的保护方案，来实现交流励磁发电机的定子绕组差动保护。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.1.1电力系统稳定运行的问题

1.1.2电力系统持续工频过电压问题

1.1.3风能发电技术

1.1.4交流励磁的异步化同步发电机的应用前景

1.2交流励磁发电机的原理及特点

1.3交流励磁发电机的研究现状

1.4本文研究的主要工作

1.4.1研究目的和研究内容

1.4.2主要工作

2交流励磁发电机定子单相接地保护

2.1交流励磁发电机定子单相接地故障特征

2.2交流励磁发电机单相定子接地保护

2.2.1对于定子绕组中性点不接地的交流励磁发电机

2.2.2对于定子绕组中性点接地的交流励磁发电机

2.3小结

3交流励磁发电机励磁系统故障保护

3.1交流励磁发电机励磁系统控制原理

3.1.1交流励磁发电机励磁控制方法概述

3.1.2动态同步轴系下的解耦控制方法

3.1.3动态同步轴系下的励磁控制方程

3.2交流励磁发电机励磁系统故障特征

3.2.1控制软件部分

3.2.2硬件网侧整流器部分

3.2.3电容故障

3.2.4逆变桥发生故障

3.2.5励磁绕组发生故障

3.3交流励磁发电机励磁系统故障保护策略及算法

3.3.1交流励磁发电机励磁系统故障保护方案

3.3.2交流励磁发电机励磁系统故障保护算法

3.4保护方案仿真校验

3.4.1需校验的几种情况

3.4.2结果分析

3.5小结

4交流励磁发电机差动保护

4.1交流励磁发电机相间或匝间短路保护理论依据

4.2交流励磁步发电机相间短路的纵联差动保护

4.2.1比率制动式差动保护原理

4.2.2交流励磁发电机纵联差动保护方案

4.3交流励磁发电机定子绕组匝间短路保护

4.3.1横联差动保护原理

4.3.2交流励磁发电机横联差动保护方案

4.4小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录