双馈风电机组三相短路脱网条件计算及其接入配网的故障恢复

【摘要】：在能源和环境的双重压力下,风力发电技术受到了越来越普遍的重视,近几年来我国风电总装机容量跃居至世界第一,每年的新增装机容量占全球新增容量三分之一以上,风电已经成为我国继火电和水电之后的第三大电力来源。随着风电在电网中的比例日益增大,风电机组与电网的相互影响也成为需要密切关注的问题。特别是当严重影响系统安全稳定性的三相短路故障发生时,短路期间短路电流对风电机组脱网的影响,隔离短路故障后风电机组对非故障停电区域供电恢复的影响,都伴随着一系列问题有待研究和解决。本文首先推导了三相短路期间风电机组的机端电压与电网电势、定子暂态电流的关系式,分析了电流的暂态特性给机端电压带来的影响,在MATLAB仿真模型中引入机端电压作为前馈分量,使仿真结果更接近实际的暂态过程。其次,根据双馈感应发电机机端电压受变流器指令值控制的特点和脱网机理,明确了风电机组稳态短路下的脱网条件;并结合变流器定子电压定向的矢量控制原理,推导了描述双馈感应发电机低电压穿越外特性的输出功率和注入电流方程,利用迭代法对机端电压进行求解,作为机组脱网的考核指标;分别用单风电机组并入无穷大电网和多风电机组并网的短路计算模型作为算例,研究了脱网考核电压的影响因素,以及脱网在风电机组之间的影响。多风电机组脱网的算例结果表明,短路引发的脱网事故有造成电网电压崩溃的风险。最后,本文对短路故障隔离后含风电机组的配电网故障恢复问题进行研究,基于二进制粒子群和差分进化的混合算法,构建了故障恢复的数学模型,对重构、拓扑识别、孤岛划分、潮流计算和目标函数计算的实现进行了详细描述;并提出一种能使配电网重构和风电机组的孤岛划分方法合理配合的恢复策略,即在重构过程中进行孤岛划分,通过建立孤岛界限矩阵判断重构时能否产生孤岛,将孤岛划分后得到的停电负荷作为目标函数的一部分,使重构和孤岛划分的结果共同影响全局最优解,从而使这2种恢复方式更具有整体性。以IEEE33节点配电系统作为算例验证了算法和恢复策略的有效性,也进一步说明风机脱网会降低供电恢复可靠性。

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