风电场接入电网的联络线保护方案研究

摘要

随着能源危机的日益凸显和自然环境的不断恶化，风能作为可再生能源的重要形式，其开发和利用逐渐得到人们的重视。我国的风电资源主要集中在西北部地区，通常采用大规模集中化的方式接入电网，联络线作为连接风电场和大电网之间的关键通道，其继电保护的正确动作对电网安全稳定有着十分重要的意义。目前，风电场主要使用双馈式异步风力发电机，当联络线出现短路故障时会表现出与传统同步发电机完全不同的故障特征，这给联络线继电保护的动作性能带来了极大的影响。
　　本文首先介绍了风电场接入电网的网络结构，然后借助对风力发电机暂态过程以及风电场三序网络结构的理论推导，分析出风电场侧表现出三个明显的故障特征：风电场故障电流存在转子频率的交流分量，在三相短路和相间短路时尤为明显；风电场的等效正序负序阻抗存在很大的差异；风电场的零序阻抗远远小于其正序、负序阻抗，具有明显的弱电源特性。仿真分析验证了上述结论。
　　其次，根据联络线继电保护的配置方案，详细研究了故障后电气量对联络线继电保护中光纤电流差动保护元件、纵联方向保护元件、距离保护元件和选相元件的影响。仿真证明联络线风场侧保护的方向元件、距离保护元件无法正确动作，选相元件可能误选相。
　　接下来，针对联络线选相元件可能误选相的问题，本文引入负序阻抗角度修正的概念并基于此提出了一种改进序分量电流选相方法，仿真验证了不同故障类型下改进选相算法均能够正确选相；另外本文还验证了传统弱馈选相方案中稳态电压对称分量法在风电场联络线保护的适用性。
　　针对距离保护元件无法正确动作的问题，本文通过对非工频分量回路的分析，提出了一种基于 TLS-ESPRIT参数辨识方法的改进距离保护算法，该方法通过辨识故障电气量中交流分量的个数、求取交流分量的幅值频率等信息实现测量阻抗的准确计算。仿真验证了在不同故障类型，故障位置以及过渡电阻条件下改进距离保护算法均能够正确动作，从而保证了距离保护元件的选择性和可靠性。
　　最后，为了解决大规模风电接入带来的保护离线整定困难问题，本文将猴群算法与容量加权法相结合，提出一种新型风电场等值方法用于求取等值风机的各项参数。通过比对详细模型与等值模型的动态响应曲线，验证了本文所提等值方法可以适用于联络线的保护整定工作。

目录

答辩决议书

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要工作

第二章 风电场接入电网的联络线故障特征分析

2.1风电场集中式接入电网模型

2.2不同短路类型下的联络线故障后电气量频谱分析

2.3联络线故障后电气量序阻抗特征分析

2.4本章小结

第三章 风电场接入电网后保护动作性能分析

3.1风电场联络线保护配置

3.2联络线故障后保护元件动作性能分析

3.3联络线故障后选相元件动作性能分析

3.4本章小结

第四章 联络线继电保护方案研究

4.1联络线选相方法改进措施

4.2基于TLS-ESPRIT参数辨识方法的改进距离保护算法

4.3可用于联络线保护整定的风电场等值方法研究

4.4本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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