大型双馈式风力发电机组的弧光保护系统研究

摘要

风力发电近几年才得到大规模应用，推广初期因为风力发电机容量一般都比较小，风力发电机都没有配置专门的保护，随着风力发电项目的增多，风力发电机的容量也不断增大，但是风力发电机的保护却没有得到相应的重视。发电机发生外部短路时，会引起发电机内部绕组过流，如果绕组发生内部相间或匝间短路、匝对地短路，因为发电机是电源，外部电流测量无法正确反应内部故障情况；而电机中性线没有引出，发电机无法配置差动保护，发电机绕组有可能烧毁。
　　为解决上述问题，本文提出了一种利用弧光传感器检测双馈式风力发电机内部短路故障的保护原理；并设计了风力发电机组的弧光保护系统，其主要内容如下：
　　首先，在查阅相关文献的基础上，介绍了国内外风力发电机保护系统的研究现状与应用，阐述了研制风力发电机组的保护系统现状与应用，通过建立双馈式风力发电机多回路数学模型，对发电机定子匝间、相间的短路故障进行仿真，得到其故障特性。利用故障特性研发了LPN-206W型双馈式风力发电机弧光保护装置。
　　其次，本文讲述了LPN-206W风力发电机的弧光保护系统的基本原理及硬件组成。装置采用TMS320F28335芯片和 STM32F103R芯片为处理器的双CPU架构设计，将测控板和人机交互面板分离设计。测控板的设计基于TMS320F28335芯片，主要完成电流和传感器信号的采集、传感器信号处理、控制输出和通信处理等，测控板是装置的核心部分。人机交互面板的设计基于STM32F103R芯片，主要完成按键处理、测控板信息的LCD显示，通过RS485接口与测控板进行数据交换。
　　最后，介绍了装置的远程监控系统，其采用亚控公司的组态王软件进行设计，可实现对装置的在线监控；介绍了保护装置实际的安装位置和根据机舱结构制定安装方案，装置与远程监控构成一套保护系统，能够实现对双馈式风力发电机组的弧光保护。
　　试验和现场运行情况表明：LPN-206W型风力发电机电弧光保护内部故障的动作时间为7～10ms，远快于传统的温度保护，可以将故障损失降到最低，为快速处理事故，恢复供电创造条件。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 研究现状

1.3 风力发电机的弧光保护系统的研究背景与意义

1.4 本文完成的主要工作及创新点

第2章 双馈式发电机基本理论及多回路数学模型

2.1双馈式发电机的基础概念

2.2 双馈式风力发电机的典型结构

2.3 双馈式风力发电机的工作原理

2.4 双馈式发电机的工作状态

2.5多回路理论的双馈发电机定子短路故障特性和仿真

2.6 故障特性及保护检测原理

2.7 本章小结

第3章 双馈风力发电机的弧光保护系统硬件设计

3.1硬件总体设计方案

3.2 CPU模块设计

3.3 电流信号采集模块

3.4 弧光信号模块

3.5烟雾信号采集模块

3.6 控制输出模块

3.7 实时时钟与数据存储

3.8 人机接口模块设计

3.9 通讯模块设计

3.10 装置实物图

3 . 11 本章小结

第4章 双馈式风力发电机的弧光保护系统软件设计

4.1 TMS320F28335开发环境CCS

4.2 测控保护部分软件设计

4.3 人机交互面板程序设计

4.4 本章小结

第5章 基于组态王的远程监控系统设计

5.1 系统通信网络构建方案

5.2 PC机监控软件实现的功能

5.3 组态王介绍

5.4 界面设计及其实现

5.5 装置现场运行及其调试

5.6 性能测试

5.7 本章小结

结论与展望

本文的主要研究内容和成果

后续工作展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间参与的科研项目