双馈风电场接入对送出线路继电保护的影响及改善措施

摘要

面对全球范围内日益严峻的化石能源枯竭和环境污染问题，风力发电作为可再生能源发电的重要代表之一，近年来得到了迅速的发展，其中双馈风力发电机以能量转换效率高，易于实现有功、无功功率解耦控制等优势，在风电场中得到了广泛的应用。我国风电多以大规模集中式并网为主，具有集群开发、弱电网接入、长距离外送的特点，风电独特的故障特性给送出线路距离保护和重合闸带来了新的问题，因此研究双馈风电场接入对送出线路继电保护的影响及改善措施，对于提高继电保护动作可靠性、增强电网抵御故障的能力、保障电网的安全稳定运行等具有重要意义。
　　本文首先研究了双馈风力发电机的运行原理和控制策略，结合双馈风电场典型并网结构，在DIgSILENT/PowerFactory中搭建了双馈风电场详细模型和等值模型，并在稳态和故障暂态下验证了模型等值的可行性。理论分析了双馈风电场的阻抗特性、弱馈特性和电流非工频特性，基于搭建的双馈风电场等值模型，仿真研究了风电场在送出线路不同类型故障下的电压、电流特性，证明了风电场故障特性理论分析的正确性。
　　然后，结合双馈风电场的故障特性，研究了双馈风电场接入对送出线路距离保护的影响：受弱馈特性影响，当经过渡电阻故障时，距离保护测量阻抗中的附加阻抗可能使距离保护拒动或误动，风电场侧尤为严重；受零序阻抗远小于正负序阻抗的影响，接地阻抗元件比相间阻抗元件可耐受更大的过渡电阻，撬棒电阻投入会进一步降低相间阻抗元件的耐过渡电阻能力；受故障电流非工频特性影响，电压电流频率不一致会导致测量阻抗波动，可能使保护动作时间延长，当故障位于保护范围边界附近时，保护可能拒动或误动。本文提出了一种基于双侧相电流的距离保护方案和故障选相、故障类型判据，该方案不受系统非全相运行和振荡的影响，仅需通过已安装的纵联差动信道将输电线路对侧距离保护装置测得的三相电流传递到本侧即可，具有较高的实用性。
　　最后，针对双馈风电场接入对重合闸的影响，提出重合闸方案可采用检压检同期改进配合方案或者自同期配合方案；当送出线路电压互感器没有安装或者或者因断线等故障退出运行时，本文也提出了一种重合闸时间计算方法。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 双馈风电场建模及故障特性

2.1 双馈风力发电机运行原理和控制策略

2.2 双馈风电场仿真模型

2.3双馈风电场故障特性研究

2.4 双馈风电场故障仿真分析

2.5 本章小结

第3章 双馈风电场送出线路距离保护改进方案

3.1 双馈风电场接入对距离保护的影响

3.2 基于双侧相电流信息的距离保护改进方案

3.3 仿真验证

3.4 本章小结

第4章 双馈风电场送出线路重合闸方案

4.1 双馈风电场接入对自动重合闸的影响

4.2 双馈风电机组定子电压变化过程分析

4.3 重合闸方案

4.4 仿真验证

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢