一种双馈电机撬棒保护动作判据方法技术

本发明专利技术公开了一种双馈电机撬棒保护动作判据方法，在双馈电机发生短路故障时，将故障后的机端电压作为撬棒动作判据，相比于原有的转子电流的动作判据方法，本发明专利技术公开的判据方法能够更加方便快捷地判断撬棒是否动作，对于研究撬棒投入后的双馈电机短路电流计算以及相关研究，具有重要意义。

A Criterion Method for Prying Bar Protection Action of Doubly-fed Machines

【技术实现步骤摘要】
一种双馈电机撬棒保护动作判据方法
本专利技术属于风电场安全性领域，具体涉及一种双馈电机撬棒保护动作判据方法。
技术介绍
：目前大多数的双馈风电机组都增加了撬棒保护，提高了双馈电机的低电压穿越能力，保障了风电场的安全稳定运行。保护动作判据是指在扰动发生后，判断撬棒保护是否动作的依据。故障发生后，为了避免变流器损坏，通常设置转子电流大于某一数值时Crowbar保护投入，但研究人员很难从外部数据中判断撬棒保护是否动作，因此目前需要一种容易获取的参量作为双馈电机撬棒保护动作的判据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双馈电机撬棒保护动作判据方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。一种双馈电机撬棒保护动作判据方法，具体包括如下步骤：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，根据所述双馈风力发电机数学模型及其暂态特性，推导撬棒保护未投入时的双馈电机转子电流表达式；步骤3，求取转子电流最大值，并令该最大值等于转子电流限定阈值，得到机端电压最小跌落系数；步骤4，根据该系数可得撬棒保护动作的故障后机端电压极限值，该极限值即为双馈电机撬棒动作判据。转子电流的表达式为：其中，t为时间，t0为短路故障发生时刻，ir为dq同步旋转坐标系下的转子电流空间矢量，为转子电流参考值，Ps,ref和Qs,ref分别为有功功率参考值和无功功率参考值，Kd为双馈电机机端电压跌落系数，ψsm为定子磁链幅值，Ls为定子绕组等效电感，Lm为励磁电感，为故障后转子感应电动势e直流分量的衰减时间常数，为故障后转子感应电动势e的直流分量，为转子暂态等效电感，μ＝(Rr+kp+jωL'r)/L'r和λ＝ki/L'r为参数变量，Rr为转子电阻，kp和ki分别为转子电流内环PI控制器的比例系数和积分时间常数，ω为转子角速度；为某常微分方程的特征根；为转子电流初值，和分别代表定子、转子电感耦合系数，为定子磁链初值，为转子磁链初值。令|irmax|＝Irth，即可求得机端电压跌落系数Kd。于是所述双馈电机撬棒动作判据为：us1＝(1-Kd)us0us1为故障后机端电压，即为所述双馈电机撬棒动作判据，若故障后实际电压小于等于us1，则撬棒保护投入，反之，撬棒保护不投入。本专利技术的优点在于：该种双馈电机撬棒保护动作判据方法，与现有双馈风力发电机组的撬棒保护动作判据方法相比，一方面该判据属于外部易观测参量，容易获取；另一方面，该判据简单明了，使得研究人员极为容易判断撬棒是否动作，对深入开展风电场的故障电流分析具有重要意义。附图说明图1为本专利技术双馈电机暂态等值电路图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。如图1所示，一种双馈电机撬棒保护动作判据方法，包括以下步骤：步骤1，假设当t0时刻定子侧发生了三相短路故障，根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，分析其故障后的暂态特性：经典电压磁链方程为：由此方程组可推导出Chopper保护未投入时的双馈电机转子电压表达式；步骤2，根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，推导撬棒保护未投入时的双馈电机转子电流表达式：其中，t为时间，t0为短路故障发生时刻，ir为dq同步旋转坐标系下的转子电流空间矢量；dq表示坐标系，d表示直轴，q表示交轴，(《电力系统暂态分析》李光琦第三版，p33-p45)，为转子电流参考值，Ps,ref和Qs,ref分别为有功功率参考值和无功功率参考值，Kd为双馈电机机端电压跌落系数，ψsm为定子磁链幅值，Ls为定子绕组等效电感，Lm为励磁电感，为故障后转子感应电动势e直流分量的衰减时间常数；为故障后转子感应电动势e的直流分量，为转子暂态等效电感，μ＝(Rr+kp+jωL'r)/L'r和λ＝ki/L'r为参数变量，Rr为转子电阻，kp和ki分别为转子电流内环PI控制器的比例系数和积分时间常数，ω为转子角速度，为常微分方程的特征根，常微分方程为为转子电流初值，和分别代表定子、转子电感耦合系数，为定子磁链初值，为转子磁链初值，ωs为同步转速，Rs为定子阻抗，为定子等效暂态电感，Is0为故障前定子电流初始值。步骤3，令t＝T/2，求取转子电流最大值，再令该最大值等于转子电流限定阈值，得到机端电压最小跌落系数，即得到机端电压跌落系数Kd。步骤4，根据该系数可得撬棒保护动作的故障后机端电压极限值，该极限值即为双馈电机撬棒动作判据，即us1＝(1-Kd)us0us1为故障后机端电压，即为所述双馈电机撬棒动作判据，若故障后实际电压小于等于us1，则撬棒保护投入，反之，撬棒保护不投入。在研究时，通过该方法获得撬棒的动作情况，继而进行后续的短路电流计算或者相关研究。基于上述，在判断撬棒是否动作时，将故障后的机端电压作为撬棒动作判据，与现有双馈风力发电机组的撬棒保护动作判据相比，一方面本专利技术的判据属于外部易观测参量，容易获取；另一方面，本专利技术的判据简单明了，使得研究人员极为容易判断撬棒是否动作，对深入开展风电场的故障电流分析具有重要意义。由技术常识可知，本专利技术可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本专利技术范围内或在等同于本专利技术的范围内的改变均被本专利技术包含。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈电机撬棒保护动作判据方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：分析双馈电机数学模型及其故障后的暂态特性；根据数学模型和暂态特性得出撬棒保护未投入时的双馈电机转子电流表达式；通过转子电流表达式，计算得出机端电压跌落系数；根据机端电压跌落系数得到撬棒保护动作的故障后机端电压极限值，该极限值即为双馈电机撬棒动作判据。

【技术特征摘要】
1.一种双馈电机撬棒保护动作判据方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：分析双馈电机数学模型及其故障后的暂态特性；根据数学模型和暂态特性得出撬棒保护未投入时的双馈电机转子电流表达式；通过转子电流表达式，计算得出机端电压跌落系数；根据机端电压跌落系数得到撬棒保护动作的故障后机端电压极限值，该极限值即为双馈电机撬棒动作判据。2.根据权利要求1所述的一种双馈电机撬棒保护动作判据方法，其特征在于：所述转子电流表达式为：其中，t为时间，t0为短路故障发生时刻，ir为dq同步旋转坐标系下的转子电流空间矢量，dq表示坐标系，d表示直轴，q表示交轴，ir,ref为转子电流参考值,Kd为双馈电机机端电压跌落系数,为故障后转子感应电动势e直流分量的衰减时间常数，为故障后转子感应电动势e的直流分量，为转子暂态等效电感，μ＝(Rr+kp+jωpL'r)/L'r和λ＝ki/L'r为参数变量，Rr为转子电阻，kp和ki分别为转子电流内环PI控制器的比例系数和积分时间常数，ωp为转差角速度，为某常微分方程的特征根；为转子电流初值，和分别代表定子、转子电感耦合系数，为定子磁链初值，为转子磁链初值。3.根据权利要求2所述的一种双馈电机撬棒保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘文霞，刘明洋，赵坤，张艺博，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