一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法技术

本发明专利技术涉及一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，按照如下步骤实现：构建DFIG风电机组在αβ坐标系下的数学模型，并根据该数学模型，得出DFIG风电机组在αβ坐标系下的等效电路图；分析DFIG风电机组在低电压穿越时，Crowbar切入状态与未切入状态下的特征，并根据各自的情况，作出其在电压跌落时的等效电路图；分析Crowbar不同切入状态下时，DFIG风电机组暂态电流分量的流通通路，得到仅涉及暂态分量电流的DFIG风电机组等效电路；根据暂态电流分量所对应的DFIG风电机组等效电路，获取DFIG风电机组在Crowbar切入和未切入下的电磁暂态响应特性。通过本发明专利技术提供的方法，得出风电机组在电力系统故障状态下的响应特性，对含风电电力系统规划、设计、运行等均具有较大作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统暂态分析领域，特别是一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法。
技术介绍
大规模的风电并网，将会对电力系统的可靠性和经济性造成重大的影响。由于风电机组与传统同步发电机组在运行原理与结构上的巨大差别，当电网发生短路故障导致机端或并网点电压跌落时，两者在自身的暂态响应特性、对电网的冲击等方面，均存在较多的不同。随着现在电力系统中风电穿透率的不断增加，电力系统故障下各电气量的时域运动模态也将逐渐由电力系统中的风电机组主导。因此得出风电机组在电力系统故障状态下的响应特性，对含风电电力系统规划、设计、运行等均具有较大作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，按照如下步骤实现：步骤S1：构建DFIG风电机组在αβ坐标系下的数学模型，并根据该数学模型，得出DFIG风电机组在αβ坐标系下的等效电路图；步骤S2：分析DFIG风电机组在低电压穿越时，Crowbar切入状态与未切入状态下的特征，并根据各自的情况，作出其在电压跌落时的等效电路图；步骤S3：分析Crowbar不同切入状态下时，DFIG风电机组暂态电流分量的流通通路，得到仅涉及暂态分量电流的DFIG风电机组等效电路；步骤S4：根据暂态电流分量所对应的DFIG风电机组等效电路，获取DFIG风电机组在Crowbar切入和未切入下的电磁暂态响应特性。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S1中，所述数学模型为：Us=RsIs+ddtΨsUr=RrIr+ddtΨr-jωrΨrΨs=LsIs+LmIrΨr=LmIs+LrIr.]]>在本专利技术一实施例中，在所述步骤S2中，在Crowbar未切入状态下，当电网电压跌落的幅度比较小时，通过DFIG的运行控制系统对DFIG风电机组的故障穿越进行控制，DFIG风电机组中的变频器通过控制策略补偿定子绕组中的磁链波动，使转子电流在电磁暂态过程中不产生波动，则将DFIG风电机组的等效电路图中转子支路表示为一恒定的工频矢量的电流源。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S3中，通过如下方式获取，在Crowbar未切入状态下，DFIG电磁暂态自由分量的等效电路：DFIG的运行控制系统对定子绕组磁链波动的补偿，处于转子电流控制状态下的转子绕组电流矢量仅包含以工频旋转的强制分量；对电磁暂态下电流的自由分量而言，转子绕组不构成通路，该自由分量仅流经定子绕组及励磁支路；记定子电压瞬时跌落，则定子电压内不包含暂态过程的分量，即对电磁暂态自由分量，定子绕组端部短路。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S4中，对于在Crowbar未切入状态下，DFIG电磁暂态自由分量的等值电路，根据一阶电路的零输入响应，定子暂态电流IsTC在电磁暂态过程中以时间常数τ指数衰减，且τ的计算方法为：τ=Lσs+LmRs]]>其中，Lσs为定子绕组的自感，Lm为转子与定子的互感，Rs为定子绕组的电阻。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S2中，在Crowbar切入状态下，将DFIG风电机组的等效电路图中转子回路中增加一Crowbar电阻。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S3中，通过如下方式获取，在Crowbar切入状态下，DFIG定、转子暂态电流的等效电路：通过步骤S2获取的，在Crowbar切入状态下，DFIG风电机组的等效电路为线性电路，且不存在隔绝暂态电流的元件，则记整个电路均能为定、转子电流的暂态分量提供通路；记DFIG机端电压瞬时跌落，对于DFIG定、转子暂态电流，定子绕组端部短路。在本专利技术一实施例中，以定、转子电流矢量在α轴与β轴上的分量为状态变量，建立DFIG风电机组在Crowbar切入时电流的电磁暂态分量状态空间模型。在本专利技术一实施例中，根据所述步骤S3中建立的在Crowbar切入状态下，DFIG定、转子暂态电流的等效电路，建立两个回路电压方程，并根据所述步骤S1中建立的数学模型，获取仅包含定子电流矢量和转子电流矢量的方程组：0=RsIs+LσsddtIs+Lmddt(Is+Ir)jωr(LmIs+LrIr)=(Rr+Rc)Ir+LσrddtIr+Lmddt(Is+Ir);]]>将上式中矢量表示的定、转子电流暂态分量正交分解至α轴与β轴上，转换为矩阵形式，得：Ls0Lm00Ls0LmLm0Lr00Lm0Lrddtisαisβirαirβ=-Rsisα-Rsisβ-ωr(Lmisβ+Lrirβ)-(Rr+Rc)irαωr(Lmisα+Lrirα)-(Rr+Rc)irβ;]]>进而得到定、转子电流暂态分量的状态方程：其中，系数矩阵A为DFIG定、转子电流暂态分量的系统特征矩阵；通过求取矩阵A的主导极点，得出Crowbar切入状态下，DFIG定、转子暂态分量电流的动态特性。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出了一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，在分析了双馈风电机组(DFIG)自身物理特性的基础上，提出了一种基于DFIG等效电路的电磁暂态相应机理的分析方法。根据DFIG在低电压穿越过程中的不同状态，该方法均能够正确地判断DFIG在电压跌落下的电磁暂态响应模式。通过考察DFIG风电机组在电网电压跌落时的等效电路，可以得到DFIG风电机组中Crowbar保护不同切入状态下暂态分量电流的通路，进而可以由对应等值电路的零极点特性，推导出对应暂态分量电流的时域运动模态，对含风电电力系统规划、设计、运行等均具有较大作用。附图说明图1为本专利技术一实施例中一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法的流程图。图2为本专利技术一实施例中DFIG在αβ坐标系下的等效电路图。图3为本专利技术一实施例中Crowbar未切入时的DFIG等效电路图。图4为本专利技术一实施例中Crowbar未切入下定子暂态电流等效电路图。图5为本专利技术一实施例中Crowbar保护投入时的DFIG等效电路图。图6为本专利技术一实施例中Crowbar切入下定、转子暂态电流通路电路图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术提供一种考察双馈风电机组电磁暂态特性的方法，如图1所示，该方法包括如下具体步骤：步骤(1)：构建DFIG风电机组在αβ坐标系下的数学模型(式1)，并根据该数学模型，得出DFIG在αβ坐标系下的等效电路图，如图2所示。Us=RsIs+ddtΨsUr=RrIr+ddtΨr-jωrΨrΨs=LsIs+LmIrΨr=LmIs+LrIr---(1)]]>步骤(2)：首先分析DFIG风电机组在低电压穿越时Crowbar切入状态与退出状态下的特征，并根据各自的情况，作出其在电压跌落时的等效电路图。并进一步分析Crowbar不同切入状态下时DFIG暂态电流分量的流通通路，得到仅计及暂态分量电流的DFIG等效电路。最后根据暂态电流分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：构建DFIG风电机组在αβ坐标系下的数学模型，并根据该数学模型，得出DFIG风电机组在αβ坐标系下的等效电路图；步骤S2：分析DFIG风电机组在低电压穿越时，Crowbar切入状态与未切入状态下的特征，并根据各自的情况，作出其在电压跌落时的等效电路图；步骤S3：分析Crowbar不同切入状态下时，DFIG风电机组暂态电流分量的流通通路，得到仅涉及暂态分量电流的DFIG风电机组等效电路；步骤S4：根据暂态电流分量所对应的DFIG风电机组等效电路，获取DFIG风电机组在Crowbar切入和未切入下的电磁暂态响应特性。

【技术特征摘要】
1.一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：构建DFIG风电机组在αβ坐标系下的数学模型，并根据该数学模型，得出DFIG风电机组在αβ坐标系下的等效电路图；步骤S2：分析DFIG风电机组在低电压穿越时，Crowbar切入状态与未切入状态下的特征，并根据各自的情况，作出其在电压跌落时的等效电路图；步骤S3：分析Crowbar不同切入状态下时，DFIG风电机组暂态电流分量的流通通路，得到仅涉及暂态分量电流的DFIG风电机组等效电路；步骤S4：根据暂态电流分量所对应的DFIG风电机组等效电路，获取DFIG风电机组在Crowbar切入和未切入下的电磁暂态响应特性。2.根据权利要求1所述的一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述数学模型为：Us=RsIs+ddtΨsUr=RrIr+ddtΨr-jωrΨrΨs=LsIs+LmIrΨr=LmIs+LrIr.]]>3.根据权利要求1所述的一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在Crowbar未切入状态下，当电网电压跌落的幅度比较小时，通过DFIG的运行控制系统对DFIG风电机组的故障穿越进行控制，DFIG风电机组中的变频器通过控制策略补偿定子绕组中的磁链波动，使转子电流在电磁暂态过程中不产生波动，则将DFIG风电机组的等效电路图中转子支路表示为一恒定的工频矢量的电流源。4.根据权利要求3所述的一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过如下方式获取，在Crowbar未切入状态下，DFIG电磁暂态自由分量的等效电路：DFIG的运行控制系统对定子绕组磁链波动的补偿，处于转子电流控制状态下的转子绕组电流矢量仅包含以工频旋转的强制分量；对电磁暂态下电流的自由分量而言，转子绕组不构成通路，该自由分量仅流经定子绕组及励磁支路；记定子电压瞬时跌落，则定子电压内不包含暂态过程的分量，即对电磁暂态自由分量，定子绕组端部短路。5.根据权利要求4所述的一种考察双馈感应风电机组电磁暂态特性的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，对于在Crowbar未切入状态下，DFIG电磁暂态自由分量的等值电路，根据一阶电路的零输入响应，定子暂态电流IsTC在电磁暂态过程中以时间常数τ指数衰减，且τ的计算方法为：&tau...

【专利技术属性】
技术研发人员：江岳文，温步瀛，林建新，林旻威，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35