论文总字数：26505字

摘 要

随着世界能源的逐渐稀缺与节能减排战略的提出，风能等可再生能源的发展节奏逐渐加快。由于风电厂中并网容量的不断增加，风电厂内部保护的重要性日益凸显。本文旨在分析风电厂内部保护，分别从风电机组与集电线路保护两方面进行研究。

首先对双馈风电机组的故障特性进行分析，结果表明风机具有“多态”的短路电流特征，近端故障时，受风机内部转子侧保护影响，会导致风机出口处电流保护灵敏度下降，且电流保护II、III段存在拒动的可能。其次对集电线路保护的配置与整定进行分析，结果表明受树状短线路的电气接线特征与风电厂弱馈性影响，电流主保护存在灵敏性与选择性无法兼备的问题，非故障线路的电流后备保护在箱变低压侧发生故障且熔断器拒动的情况下容易误动。

最后，以上述研究为基础，分别在matlab中搭建了双馈风机模型与风电厂内部接线模型，仿真验证了上述理论分析的正确性。

关键词：风电厂；双馈风电机组；集电线路；电流保护；弱馈性

Abstract

With the gradual scarcity of the world's energy and the promotion of energy-saving and emission reduction strategies, the pace of development of renewable energy such as wind energy is gradually accelerating. Because of the increasing grid-connected capacity in wind power plants, the importance of internal protection of wind power plants has become increasingly prominent. This paper aims to analyze the internal protection of wind power plants and study the effects of the characteristics of doubly-fed wind turbines and collector circuits on protection.

Firstly, double feeds windmill to analyze the characteristics of failure. The results show that the fan has "multi-state" short-circuit current characteristics. When the near-end fault is affected by the internal rotor side protection of the fan, the current protection sensitivity at the fan outlet will decrease, and the current protection II and III sections may be rejected. Secondly, the current lines are analyzed. The results show that the electrical wiring characteristics of the tree-shaped short line and the weak field of the wind field are affected. The current main protection has the problem that the sensitivity and the selectivity cannot be combined. The current backup protection is prone to malfunction when the failure occurs on the low-voltage side of the box and the fuse is rejected.

Finally, based on the above research, the doubly-fed fan model and the internal wiring model of the wind power plant are built in matlab respectively. The simulation of the above analysis proves the accuracy of the theory.

KEY WORDS：Wind farm；Doubly-fed wind turbine；Collecting line；Current protection；Weak feed characteristic

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 论文背景与意义 1

1.2 风电厂内部保护的国内外研究现状 2

1.3 本文主要内容和结构 4

第二章 风电厂内部结构与相应保护简析 5

2.1 引言 5

2.2 风电机组及其保护 5

2.2.1 风电机组介绍 5

2.2.2 风电机组的保护 7

2.2.3 风电机组保护存在的问题 9

2.3 集电线路及其保护 9

2.3.1 集电线路特点 9

2.3.2 集电线路的保护 10

2.3.3 集电线路保护存在的问题 10

2.4 本章小结 10

第三章 风电机组保护分析 11

3.1 引言 11

3.2 双馈风机励磁控制与暂态分析 11

3.2.1 定向矢量功率解耦控制 11

3.2.2 故障时风机暂态分析 13

3.3 双馈风机故障电流特征分析 15

3.3.1 近端故障短路电流特性 15

3.3.2 远端故障短路电流特性 16

3.4 双馈风机故障特性对保护的影响 16

3.5 本章小结 17

第四章 集电线路保护分析 18

4.1 引言 18

4.2 风电厂弱馈特性 18

4.3 电流主保护配置与整定 18

4.4 电流后备保护配置与整定 20

4.5 本章小结 21

第五章 算例分析 22

5.1 风电机组保护仿真 24

5.2 集电线路保护仿真 29

5.2.1 电流主保护问题验证 29

5.2.2 电流后备保护问题验证 30

第六章 总结与展望 32

6.1 全文总结 32

6.2 未来工作展望 32

参考文献 34

致 谢 37

绪论

论文背景与意义

全球的快速发展带来了资源紧缺、环境恶化等各方面的问题，而风能作为经济环保的可再生能源之一，近年来受到的关注也与日俱增，具有值得期待的发展前景^[1]。中国作为风能资源较为丰富的国家，对于风力发电的快速稳定发展也愈加重视。

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