一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法技术

本发明专利技术公开了一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法，步骤如下：首先，给出了计及Crowbar电阻的双馈电机三相短路电流计算公式；然后利用灵敏度分析法对该公式中各物理量对短路电流大小影响的程度进行了分析，并提取出一组对短路电流影响程度较大的参数；最后利用提取出的参数和多元线性回归分析推导了双馈电机三相短路电流最大值的简化计算公式。本发明专利技术为双馈电机三相短路电流最大值的计算提供了一种简单的方法，兼具了计算的准确性和实用性，对于风电场的电气设备经济安全设计具有重要意义。

A simplified method for calculating the maximum value of three-phase short-circuit current in doubly fed machines

The invention discloses a simplified double fed motor three-phase short-circuit current calculation method of the maximum value, steps are as follows: first, gives the calculation formula of double fed motor three-phase short-circuit current and Crowbar resistance; then using the sensitivity analysis method of the amount of each physical formula on the short-circuit current size affect the extent of the analysis, and to extract a set of parameters of short-circuit current greater degree of influence; finally, using parameters extracted and multivariate linear regression analysis, the calculating formula of the simplified double fed motor three-phase short-circuit current maximum value. Provides a simple method of the invention for the calculation of double fed motor three-phase short-circuit current maximum value, both the accuracy and practicability, has important significance for electrical equipment safety design of wind farm economy.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法
本专利技术涉及一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法，属于风电场电气经济安全分析与设计领域。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，双馈风力发电机(DFIG)成为目前风电场的主流机型。双馈风力发电机在低电压穿越过程中常常会在转子侧投入Crowbar电阻，因此双馈风力发电机的短路电流计算应计及Crowbar电阻值。然而，计及Crowbar电阻值的双馈风力发电机三相短路电流计算表达式包含多个参数且具有非线性，并涉及复杂的复数运算，在实际工程中应用较为不方便。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种双馈电机三相短路电流最大值简化计算方法，在双馈电机三相短路电流最大值的计算过程中，减少了所需参数，避免了复杂的复数运算，并兼具计算的准确性和实用性。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法，包括以下步骤：(1)分析双馈风力发电机数学模型及其故障后的暂态特性；(2)给出计及Crowbar电阻的双馈电机三相短路电流瞬时值表达式及短路电流最大值表达式；(3)利用灵敏度分析法分析各物理量对短路电流的影响程度，并提取出对短路电流值影响较大的参数；(4)利用所提取的参数和多元线性回归分析推导出短路电流最大值简化计算公式。前述的短路电流瞬时值表达式为：其中，t为时间，t0为短路故障发生时刻，isa为A相短路电流瞬时值，为积分时间常数，为同步旋转坐标系下转子侧磁链空间矢量初值；us0＝Us0ejα，is0＝Is0ejβ，分别为同步旋转坐标系下定子电压空间矢量初值，定子电流空间矢量初值，Us0、Is0分别定子电压和定子电流空间矢量幅值，α、β分别为定子A相电压相角、电流相角；为电压跌落系数，Usf为故障后DFIG定子电压幅值稳态值；R＝Rr+Rcb，为Crowbar投入后的转子回路电阻；分别代表定子、转子电感耦合系数；Ls＝Lsσ+Lrσ，Lr＝Lrσ+Lm，分别为定子、转子绕组等效电感；分别为定子、转子绕组暂态等效电感；分别为定子、转子侧暂态衰减时间常数；ωs为同步电角速度，ωr为转子电角速度，ω＝ωs-ωr为转差角速度；Lm为励磁电感，Lsσ为定子漏感，Lrσ为转子漏感；Rs为定子绕组电阻，Rr为转子绕组电阻，Rcb为Crowbar电阻值；在电压相角且时，短路电流取得最大值即：其中，isamax表示A相短路电流最大值，T为工频分量周期。前述的步骤3)中，定义灵敏度绝对值在0～0.1范围内对短路电流影响较小，灵敏度绝对值在0.1～1范围内对短路电流影响较大。据灵敏度分析结果，提取短路电流计算过程中的参数如下：(1)当定子电阻在0～0.011pu范围变化时，定子漏感Lsσ、Crowbar电阻值Rcb、转子电角速度ωr、电压跌落系数Kd在短路电流计算中不可忽略；(2)当定子电阻在0.011～0.05pu范围变化时，定子绕组电阻Rs、定子漏感Lsσ、Crowbar电阻值Rcb、转子电角速度ωr、电压跌落系数Kd在短路电流计算中不可忽略；(3)在短路电流计算过程中，定子绕组电阻Rs和转子绕组电阻Rr可简化为一个参数，定子漏感Lsσ和转子漏感Lrσ可简化为一个参数。考虑4个参数的短路电流最大值简化计算公式如下：用x＝(x1,x2,x3,x4)T＝(Lsσ,Rcb,ωr,Kd)T表示计算短路电流最大值所需的四个参数，建立二次多项式实用计算公式为，Isamax＝xTAx+Bx+C其中：Isamax为简化计算得到的A相短路电流最大值；为二次项系数矩阵；B＝[-23.58-27.9121.588.66]为一次项系数矩阵；C＝-9.46为常数项；考虑5个参数的短路电流最大值简化计算公式如下：用x＝(x1,x2,x3,x4,x5)T＝(Lsσ,Rs,Rcb,ωr,Kd)T表示计算短路电流最大值所需的五个参数，建立二次多项式实用计算公式为，Isamax＝xTAx+Bx+C其中，为二次项系数矩阵；B＝[-14.79-84.78-33.2619.037.39]为一次项系数矩阵；C＝-7.66为常数项。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术在计算计及Crowbar电阻值的双馈风力发电机三相短路电流最大值时，为实际风电场电气经济安全分析与设计提供了一种简化的计算方法，与现有计算公式相比，减少了所需参数，避免了复杂的复数运算，兼具了计算的准确性和实用性，对于风电场的电气设备经济安全设计具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为实施例中短路电流的仿真图。图3为双馈电机三相短路电流计算公式中各参数灵敏度分析图，图3(a)为定、转子漏感的灵敏度分析；图3(b)为励磁电感的灵敏度分析；图3(c)为定、转子电阻的灵敏度分析；图3(d)为Crowbar电阻的灵敏度分析；图3(e)为转子转速灵敏度分析；图3(f)为电压跌落系数灵敏度分析。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术的双馈电机三相短路电流最大值简化计算方法，包括以下步骤：步骤1，分析双馈风力发电机数学模型及其故障后的暂态特性；步骤2，给出计及Crowbar电阻的双馈电机三相中A相短路电流瞬时值表达式及其最大值表达式；(1)A相短路电流瞬时值表达式为：式中：t为时间，t0为短路故障发生时刻，isa为A相短路电流瞬时值，为积分时间常数，为同步旋转坐标系下转子侧磁链空间矢量初值；us0＝Us0ejα，is0＝Is0ejβ，分别为同步旋转坐标系下定子电压空间矢量初值，定子电流空间矢量初值，Us0、Is0分别定子电压和电流空间矢量幅值，α、β分别为定子A相电压、电流相角；为电压跌落系数，Usf为故障后DFIG定子电压幅值稳态值；R＝Rr+Rcb，Crowbar投入后的转子回路电阻；分别代表定、转子电感耦合系数；Ls＝Lsσ+Lrσ，Lr＝Lrσ+Lm分别为定、转子绕组等效电感；分别为定、转子绕组暂态等效电感；分别为定、转子侧暂态衰减时间常数；ωs为同步电角速度，ωr为转子电角速度，ω＝ωs-ωr为转差角速度；Lm为励磁电感，Lsσ为定子漏感，Lrσ为转子漏感；Rs为定子绕组电阻，Rr为转子绕组电阻，Rcb为Crowbar电阻值。下标s和r分别代表定子侧和转子侧。(2)A相短路电流最大值表达式：在电压相角且(T为工频分量周期)时，短路电流近似取得大值即，isamax表示A相短路电流最大值。步骤3，利用灵敏度定义分析各物理量对短路电流的影响程度，并提取出对短路电流值影响较大的参数，根据图3给出的各参数灵敏度分析的结果，可以得到如下结论：(认为灵敏度绝对值在0～0.1范围内对短路电流影响较小，灵敏度绝对值在0.1～1范围内对短路电流影响较大。)(1)当定子电阻Rs在0～0.011pu范围变化时，其灵敏度如图3(c)所示，故在短路电流计算中Rs影响较小可忽略。而定子漏感Lsσ、Crowbar电阻值Rcb、转子电角速度ωr、电压跌落系数Kd的灵敏度分别如图3(a)、3(d)、3(e)、3(f)所示。故在短路电流计算中Lsσ、Rcb、ωr、Kd影响较大不可忽略(考虑4个参数)。(2)当定子电阻在0.011～0.05pu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分析双馈风力发电机数学模型及其故障后的暂态特性；(2)给出计及Crowbar电阻的双馈电机三相短路电流瞬时值表达式及短路电流最大值表达式；(3)利用灵敏度分析法分析各物理量对短路电流的影响程度，并提取出对短路电流值影响较大的参数；(4)利用所提取的参数和多元线性回归分析推导出短路电流最大值简化计算公式。

【技术特征摘要】
1.一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分析双馈风力发电机数学模型及其故障后的暂态特性；(2)给出计及Crowbar电阻的双馈电机三相短路电流瞬时值表达式及短路电流最大值表达式；(3)利用灵敏度分析法分析各物理量对短路电流的影响程度，并提取出对短路电流值影响较大的参数；(4)利用所提取的参数和多元线性回归分析推导出短路电流最大值简化计算公式。2.根据权利要求1所述的一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法，其特征在于，所述短路电流瞬时值表达式为：其中，t为时间，t0为短路故障发生时刻，isa为A相短路电流瞬时值，为积分常数，为同步旋转坐标系下转子侧磁链空间矢量初值；us0＝Us0ejα，is0＝Is0ejβ，分别为同步旋转坐标系下定子电压空间矢量初值，定子电流空间矢量初值，Us0、Is0分别定子电压和定子电流空间矢量幅值，α、β分别为定子A相电压相角、电流相角；为电压跌落系数，Usf为故障后DFIG定子电压幅值稳态值；R＝Rr+Rcb，为Crowbar投入后的转子回路电阻；分别代表定子、转子电感耦合系数；Ls＝Lsσ+Lrσ，Lr＝Lrσ+Lm，分别为定子、转子绕组等效电感；分别为定子、转子绕组暂态等效电感；分别为定子、转子侧暂态衰减时间常数；ωs为同步电角速度，ωr为转子电角速度，ω＝ωs-ωr为转差角速度；Lm为励磁电感，Lsσ为定子漏感，Lrσ为转子漏感；Rs为定子绕组电阻，Rr为转子绕组电阻，Rcb为Crowbar电阻值；在电压相角且时，短路电流取得最大值即：其中，isamax表示A相短路电流最大值，T为工频分量周期。3.根据权利要求1所述的一种双馈电机三相短路电流最大值的简化计算方法，其特征在于，所述步骤3)中，定义灵敏度绝对值在0～0.1范围内对短路电流影响较...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘文霞，张艺博，刘明洋，郭家圣，杨刚，李建成，陈昕，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32