全功率型风电机组的不对称故障分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源是人类生存和发展的重要物质基础，节能减排及新能源的开发就成为我国当前生产、经济生活中的国策，而风力发电技术及产业则成为当前电工技术研究及机电产品生产的热点方向和内容。我国风电开发采取大规模、高集中模式，风电场多建于电网末端，电网中存在各种瞬态、稳态，严重、轻度，对称、不对称故障和各类电力谐波，使得并网风力发电机组的运行环境十分恶劣和非理想化，进而直接影响到所并电网的运行稳定性和所生产的电能质量。

我们知道安全稳定的发电系统必须有预测和模拟故障电流的能力，对于风电厂的故障分析而言也是如此。当系统受到扰动时候，各状态量会发生大的变化，可能会对系统及元件造成危害。而暂态过程中各状态量都在变化，相互影响，相互制约。故障分析是提炼电气量在时间上的演变规律、空间上的分布规律。目的在于掌握电磁暂态过程本质，充分了解各节点动态特性，为系统稳定性评估、电气设备选择、工程选线、控制设备及保护设备参数整定等提供依据，最终确保电力系统安全稳定运行。

近来，国际风电技术发展的主要动向已经从正常电网条件下的变速恒频运行转向了电网故障条件下的不脱网或穿越运行，然而这些故障运行的研究还大多针对电网的对称故障，即无论是稳态还是暂态故障均认为电网电压三相平衡，不存在负序或零序分类。但实际电力系统中的不对称故障比对称故障更频繁，几率更大，其危害更严重。如果风力发电系统设计中未曾考虑电压不平衡的现实，很小的不平衡（负序）电压将造成定转子电流高度的不平衡，使得定转子绕组产生不平衡发热，电磁转矩产生脉动，输向电网的功率发生振荡。而且随着风电机组装机容量的不断增长，一旦风电机组的功率相对于电网足够大时，这种缺乏不平衡电压控制能力的风电机组将会导致电网的不稳定，最终不得不从电网中解列。因此研究风机不对称故障分析更有实际意义，对选择继电保护装置，采取有效保护措施及变流器的控制更具有显著作用。一般的风力发电系统中的电机有四种基本机型：1型风机：鼠笼式异步电机；2型风机：绕线式异步电机；3型风机：双馈异步电机；4型风机：全功率风机。

2. 研究的基本内容与方案

传统电力系统是一个纯电路的系统。对于传统电力系统的认识，是基于对物理过程（磁链变化过程）的清晰理解。随着大量风机/光伏、直流输电等vsc为接口设备接入电网，电力系统逐渐趋于电力电子化，vsc的动态不可忽略。而它的暂态过程是基于控制的多储能元件快速响应各时间尺度控制器的过程。因控制存在多环路控制、级联、暂态切换等环节，使得vsc的对外特性与传统同步发电机完全不同，且更加复杂。因此传统故障分析的结论，在电力电子化电力系统中不适用。然而电力系统故障分析的方法却是适用的，变化的只是其中的元件（电源、网络、负荷）等的特性。

目前故障分析的方法主要由三种：数值仿真、解析分析及工程录波。全功率风机发电系统主要由发电机和全功率变换器及变压器构成，如figure 1所示。当电网或外部电网不对称故障时，在基本控制方案，如双 控制方式下，目标处的短路电流呈现何种表现形式，是本次设计最关注的地方。

figure 1全功率风机拓扑结构

3. 研究计划与安排

第1~3周 查阅文献；分析国内外研究现状，学习基本理论，初步制定研究方案；

第4周 阅读文献，撰写开题报告，进行英文文献翻译工作；

第5周 学习了解同步发电机的故障分析方法，特别是其不对称故障分析，总结研究思路，获取数学工具；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李发海, 王岩. 电机与拖动基础[m]. 清华大学出版社有限公司, 1994.

[2] anderson pm, anderson pm. analysis offaulted power systems[m]. ieee press new york, 1995.

[3] 何仰赞, 温增银. 电力系统分析: 上册[m]. 华中科技大学出版社, 2002.