能量变换器内部短路故障仿真与保护

论文摘要

能量变换器是一种新兴的高压发电机,可以直接并网,省去了常规电厂中的冲击电压保护器、发电机侧开关、母线和升压变压器,配备能量变换器的电厂在整体上具有造价低、效率高、维护方便等优点。能量变换器在上个世纪末刚刚问世,虽然有机组运行,但对其研究仍属起步阶段,因此对能量变换器的运行规律和特点研究具有理论意义和工程价值。内部短路故障是发电机运行中的重要问题,本文针对能量变换器的内部短路故障开展研究,探讨能量变换器内部短路故障的分析方法、故障电流等的变化规律和内部故障的保护方案。本文首先对能量变换器定子绕组内部短路故障的暂态过程进行了深入研究。接着运用直接相量法建立了整个过程的数学模型,并在此基础上利用MATLAB/SIMULINK建立了故障分析的仿真模型。该模型不仅可以对能量变换器中性点经高阻接地和经消弧线圈接地情况进行仿真,还能对沿绕组内部不同位置处发生的故障进行仿真。其次,以一台130 kW/5 kV能量变换器样机为模型仿真了相应的内部短路故障情况,包括单相接地短路、两相接地短路和相间短路,得到了定子电流、故障电流和接地电流的变化规律。最后,针对能量变换器的内部短路故障设计了相应的继电保护方案,并对保护参数的整定进行了详细的分析和计算,为日后能量变换器保护系统的设计和选择提供一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.1.1 研究能量变换器的目的和意义
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 交流电机定子绕组内部故障的研究状况
• 1.3 发电机中心点接地方式概述及国内外基本状况
• 1.3.1 发电机中性点接地方式概述
• 1.3.2 国内外大型发电机中性点接地方式的基本状况
• 1.4 发电机定子故障保护概况
• 1.4.1 发电机定子单相接地保护发展概况
• 1.4.2 发电机定子内部短路保护概况
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 能量变换器内部单相接地故障的分析与仿真
• 2.1 引言
• 2.2 不对称短路的物理过程
• 2.3 能量变换器定子内部单相接地故障数学模型
• 2.4 能量变换器定子内部单相接地故障仿真模型
• 2.4.1 中性点经高阻接地时单相接地故障SIMULINK 仿真模型
• 2.4.2 中性点经消弧线圈接地时单相接地故障SIMULINK 仿真模型
• 2.5 仿真结果与波形分析
• 2.5.1 能量变换器样机接地电容计算
• 2.5.2 中性点经高阻接地时单相接地故障仿真与分析
• 2.5.3 中性点经消弧线圈接地时单相接地故障仿真与分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 能量变换器内部两相接地故障的分析与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 定子两相接地数学模型
• 3.3 能量变换器定子内部两相接地故障仿真模型
• 3.3.1 中性点经高阻接地时两相接地故障SIMULINK 仿真模型
• 3.3.2 中性点经消弧线圈接地时两相接地故障SIMULINK 仿真模型
• 3.4 仿真结果与波形分析
• 3.4.1 中性点经高阻接地时两相接地故障仿真与分析
• 3.4.2 中性点经消弧线圈接地时两相接地故障仿真与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 能量变换器内部相间短路故障的分析与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 定子相间短路数学模型
• 4.3 能量变换器定子内部相间短路故障仿真模型
• 4.3.1 中性点经高阻接地时相间短路故障SIMULINK 仿真模型
• 4.3.2 中性点经消弧线圈接地时相间短路故障SIMULINK 仿真模型
• 4.4 仿真结果与波形分析
• 4.4.1 中性点经高阻接地时相间短路故障仿真与分析
• 4.4.2 中性点经消弧线圈接地时相间短路故障仿真与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 能量变换器定子短路故障保护分析
• 5.1 引言
• 5.2 能量变换器定子单相接地保护
• 5.2.1 能量变换器定子绕组单相接地特点
• 5.2.2 利用基波零序电压构成的定子接地保护原理
• 5.2.3 利用三次谐波电压构成的定子接地保护原理
• 5.2.4 利用三次谐波电压和基波零序电压构成的定子接地保护原理
• 5.2.5 定子接地保护整定计算
• 5.3 能量变换器定子内部相间短路保护
• 5.3.1 纵联差动保护原理
• 5.3.2 纵联差动保护整定计算
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢