计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流计算方法技术

本发明专利技术公开了一种计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流方法。本发明专利技术的方法包括如下步骤：对集电网络进行并联化处理；绘制Crowbar动作区域曲线；基于Crowbar动作区域曲线，根据每台风机的输入风速和机端电压判断其Crowbar是否动作；依据Crowbar的动作情况将风电场分群等效为两机模型，一台代表Crowbar动作，一台代表Crowbar不动作；采用容量加权法对每一群机组进行单机聚合；根据Crowbar动作与不动作两种情况下的双馈风机短路电流计算公式，分别求得两台等效风机的短路电流，其矢量和即为DFIG风电场短路电流。本发明专利技术考虑了DFIG风电场中Crowbar的动作情况，适用于对称故障及不对称故障，较单机等值计算法有更高的准确性，克服了传统DFIG风电场短路电流计算方法的缺点。

Short circuit current calculation method of DFIG wind farm considering Crowbar operation characteristics

The invention discloses a short-circuit current method for DFIG wind farms considering the characteristics of Crowbar operation. The method of the invention comprises the following steps: parallel processing of the centralized power network; drawing the Crowbar action area curve; judging the Crowbar action according to the input wind speed and the terminal voltage of each fan based on the Crowbar action area curve; dividing the wind farm into groups and equivalent to two models according to the Crowbar action situation; and The station represents Crowbar action, one represents Crowbar inactivity; each group of units is aggregated by a single machine with capacity weighting method; the short-circuit current of two equivalent fans is calculated according to the short-circuit current formula of double-fed fans under Crowbar action and non-action, and the vector sum of which is short-circuit current of DFIG wind farm. The invention considers the Crowbar operation in DFIG wind farm, and is suitable for symmetrical and asymmetrical faults. It has higher accuracy than single machine equivalent calculation method, and overcomes the shortcomings of traditional DFIG wind farm short-circuit current calculation method.

【技术实现步骤摘要】
计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流计算方法
本专利技术属于电力系统故障分析与短路计算领域，具体地说是一种计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流计算方法。
技术介绍
随着风电场并网容量的不断增加，其对现有电网可靠运行的影响也日益显著，分析风电场的短路电流特性也变得更为重要。另外，双馈风电机组中通常安装Crowbar保护来限制系统故障下电力电子设备的短路电流，以此增加故障穿越能力。因此，在大规模风电场并网的电网短路电流分析中，必须考虑Crowbar的影响。目前，已有大量关于双馈风电机组短路电流的研究，但主要集中在单台双馈风电机组的短路电流方面。此外，由于风电场通常由数十台风电机构成，对于电网运行来说，风电场的短路电流分析研究相对来说更加重要。但在目前DFIG风电场短路电流的研究中，风电场多被等值为单台双馈风电机组来计算其短路电流，并没有考虑Crowbar的影响。然而，实际风电场中每台机组的风速及电压跌落有所差异，当系统发生故障时，风电场中各机组的Crowbar动作非常复杂。例如，在故障不是很严重时，往往会发生场中部分Crowbar动作而其余Crowbar不动作的情况。在这种情况下，需要在计算风电场的短路电流之前，先讨论各机组中Crowbar的动作情况，否则计算结果差异较大。
技术实现思路
针对在某些系统故障下发生场中部分Crowbar动作而其余Crowbar不动作的情况，为提高DFIG风电场短路电流计算的准确性，本专利技术提供一种适用于对称故障及不对称故障并考虑Crowbar动作情况的DFIG风电场短路电流的计算方法。为此，本专利技术采用的技术方案是：计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流方法，其包括如下步骤：1)对集电网络进行并联化处理，以便实现任意位置上双馈风机的聚合等值；2)绘制Crowbar动作区域曲线；3)基于Crowbar动作区域曲线，根据每台风机的输入风速和机端电压判断其Crowbar是否动作；4)依据Crowbar的动作情况将风电场分群等效为两机模型，一台代表Crowbar动作，一台代表Crowbar不动作；5)采用容量加权法对每一群机组进行单机聚合；6)根据Crowbar动作与不动作两种情况下的双馈风机短路电流计算公式，分别求得两台等效风机的短路电流，其矢量和即为DFIG风电场短路电流。作为上述技术方案的补充，步骤2)中，Crowbar动作区域曲线的绘制步骤为：a)将双馈风机输入风速设置为切入风速，并保持不变；b)t＝0时，在机端端口处设置故障，接地电阻设置为0；c)将该双馈风机进行动态仿真；d)检查Crowbar的状态，如果Crowbar动作，则将接地电阻增加0.001Ω并转至步骤c)，否则转至步骤e)；e)记下当前风速和相应的机端电压；f)如果当前风速小于切出风速，则将风速增加0.5m/s并转至步骤b)，否则转至步骤g)；g)利用风速和相应机端电压绘制Crowbar动作区域曲线图。作为上述技术方案的补充，步骤6)中，双馈风电机组的短路电流计算公式为：式中，Is,Ir分别为定、转子电流，下标“+”和“-”分别代表正向和反向同步旋转坐标系，上标P和N分别代表正序和负序分量，ωs为同步转速，t为时间，j为虚数单位。作为上述技术方案的补充，若Crowbar保护动作，则：式中，Us,Ur,Ψs,Ψr分别为定、转子电压和磁链，下标“+”和“-”分别代表正向和反向同步旋转坐标系，上标P和N分别代表正序和负序分量；Rs,Rr,Ls,Lr分别为定、转子电阻和电感，Lm为互感，ωr为转子角速度，R′r＝Rr+Rcb，其中Rcb为Crowbar电阻，定子衰减时间常数为转子衰减时间常数为作为上述技术方案的补充，若Crowbar保护不动作，则：Ir＝Ir,ref，式中，Ir,ref为转子电流指令值。作为上述技术方案的补充，若故障为对称故障，则负序分量为零。本专利技术考虑了DFIG风电场中Crowbar的动作情况，适用于对称故障及不对称故障，较单机等值计算法有更高的准确性，克服了传统DFIG风电场短路电流计算方法的缺点。附图说明图1为本专利技术实施例中某DFIG风电场结构图；图2为本专利技术应用例中含Crowbar的双馈风机结构图；图3为本专利技术实施例中Crowbar动作区域曲线绘制流程图；图4为本专利技术应用例中某双馈风机Crowbar动作区域曲线图；图5为本专利技术应用例中DFIG风电场等效模型图；图6为本专利技术应用例中A、B相间故障下，机端电压跌落至0.2pu，A相短路电流计算量与仿真量对比图；图7为本专利技术应用例中A、B相间故障下，机端电压跌落至0.8pu，A相短路电流计算量与仿真量对比图；图8为本专利技术应用例中A、B相间故障下，机端电压跌落至0.68pu，A相短路电流计算量与仿真量对比图；图9为本专利技术应用例中对称故障下，机端电压跌落至0.68pu，A相短路电流计算量与仿真量对比图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1所示的DFIG风电场，本专利技术实施例的一种计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流计算方法，包括如下步骤：1)对集电网络进行并联化处理，以便实现任意位置上双馈风机的聚合等值；2)绘制Crowbar动作区域曲线；3)基于Crowbar动作区域曲线，根据每台风机的输入风速和机端电压判断其Crowbar是否动作；4)依据Crowbar的动作情况将风电场分群等效为两机模型，一台代表Crowbar动作，一台代表Crowbar不动作；5)采用容量加权法对每一群机组进行单机聚合；6)根据Crowbar动作与不动作两种情况下的双馈风机短路电流计算公式，分别求得两台等效风机的短路电流，其矢量和即为DFIG风电场短路电流。步骤2)中，Crowbar动作区域曲线的绘制步骤如图3所示，具体为：a)将双馈风机输入风速设置为切入风速，并保持不变；b)t＝0时，在机端端口处设置故障，接地电阻设置为0；c)将该风机进行动态仿真；d)检查Crowbar的状态，如果Crowbar动作，则将接地电阻增加0.001Ω并转至步骤c)，否则转至步骤e)；e)记下当前风速和相应的机端电压；f)如果当前风速小于切出风速，则将风速增加0.5m/s并转至步骤b)，否则转至步骤g)；g)利用风速和相应机端电压绘制Crowbar动作区域曲线图。步骤5)中，双馈风电机组的短路电流计算公式为：式中，Is,Ir分别为定、转子电流，下标“+”和“-”分别代表正向和反向同步旋转坐标系，上标P和N分别代表正序和负序分量，ωs为同步转速。其中，若Crowbar保护动作，则：式中，Us,Ur,Ψs,Ψr分别为定、转子电压和磁链，Rs,Rr,Ls,Lr分别为定、转子电阻和电感，Lm为互感，ωr为转子角速度，R′r＝Rr+Rcb，其中Rcb为Crowbar电阻，定子衰减时间常数为转子衰减时间常数为若Crowbar保护不动作，则：Ir＝Ir,ref。若故障为对称故障，负序分量为零。应用例应用例的双馈风机如图2所示，具体参数如表1所示。表1DFIG风电机组的参数该双馈风机的Crowbar动作区域曲线如图4所示，DFIG风电场两机等值模型如图5所示。考虑到尾流效应的影响，该风电场每台风机输入风速如表2所示。表2风电场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对集电网络进行并联化处理，以便实现任意位置上双馈风机的聚合等值；2)绘制Crowbar动作区域曲线；3)基于Crowbar动作区域曲线，根据每台风机的输入风速和机端电压判断其Crowbar是否动作；4)依据Crowbar的动作情况将风电场分群等效为两机模型，一台代表Crowbar动作，一台代表Crowbar不动作；5)采用容量加权法对每一群机组进行单机聚合；6)根据Crowbar动作与不动作两种情况下的双馈风机短路电流计算公式，分别求得两台等效风机的短路电流，其矢量和即为DFIG风电场短路电流。

【技术特征摘要】
1.计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对集电网络进行并联化处理，以便实现任意位置上双馈风机的聚合等值；2)绘制Crowbar动作区域曲线；3)基于Crowbar动作区域曲线，根据每台风机的输入风速和机端电压判断其Crowbar是否动作；4)依据Crowbar的动作情况将风电场分群等效为两机模型，一台代表Crowbar动作，一台代表Crowbar不动作；5)采用容量加权法对每一群机组进行单机聚合；6)根据Crowbar动作与不动作两种情况下的双馈风机短路电流计算公式，分别求得两台等效风机的短路电流，其矢量和即为DFIG风电场短路电流。2.根据权利要求1所述的DFIG风电场短路电流方法，其特征在于，步骤2)中，Crowbar动作区域曲线的绘制步骤为：a)将双馈风机输入风速设置为切入风速，并保持不变；b)t＝0时，在机端端口处设置故障，接地电阻设置为0；c)将该双馈风机进行动态仿真；d)检查Crowbar的状态，如果Crowbar动作，则将接地电阻增加0.001Ω并转至步骤c)，否则转至步骤e)；e)记下当前风速和相应的机端电压；f)如果当前风速小于切出风速，则将风速增加...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴峰，袁嫣红，史林军，李继红，楼伯良，陆承宇，宣晓华，黄弘扬，马俊超，华文，彭琰，赵一琰，王龙飞，吴跨宇，
申请(专利权)人：河海大学，国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32