一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法及终端技术

本发明专利技术公开了一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法及终端，根据单台风机的控制策略，建立对应直驱风机的低电压穿越期间输出电流模型；根据风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗构成风电场到故障点的节点导纳矩阵；获取各风电机组正常工况下的输出电流作为电流迭代初值，迭代计算出各台风电机组的机端电压以及输出短路电流；计算海上风电场向系统输出的短路电流。通过建立的低电压穿越期间输出电流模型和节点导纳矩阵，通过迭代的方式分析计算风电场向电网输出的短路电流，相比现有通过仿真计算的方式具有较快运算速度，在大规模风电场的情况下能满足继电保护工程上的需要。保护工程上的需要。保护工程上的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法及终端


[0001]本专利技术涉及电场安全
，特别涉及一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法及终端。

技术介绍

[0002]随着海上风电场的装机容量不断升高，其对目前电网的安全稳定运行所带来的挑战也日益显现，由于大规模海上风电并网后的低电压穿越电流计算方法是分析现有继电保护装置能否满足海上风电需要的基础，因此，相关的低电压穿越电流计算方法研究正在越来越受到关注。
[0003]目前在进行直驱风电场的低电压穿越电流计算时，一般将其视为等容量的直驱风电机组来考虑。但在实际上，海上风电场中的风电机组容量和数量、风电场所用的电缆与陆上风电场存在着较大差异，使得其在低电压穿越期间发生的暂态特性与陆上风电场相比有着很大的变化，因此，传统的电流计算方法在对于海上风电场的低电压穿越电流计算分析时不能保证足够的精确度。
[0004]具体而言，目前对于低电压穿越期间直驱风机的控制策略研究，主要还是基于机电或电磁暂态的仿真，通过建立风电机组的机电或电磁暂态的时域动态模型，对其故障后的暂态进行时域仿真，然后对输出电流的波形进行分析，这类方法的灵敏度受模型的限制，并且当风电场规模较大时，计算所耗费的时间长，分析效率低下，不能满足继电保护工程上的需要。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法及终端，能够较快的计算风电场向电网输出的短路电流，以满足继电保护工程上的需要。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法，包括步骤：
[0008]S1、根据单台风机的控制策略，建立对应直驱风机的低电压穿越期间输出电流模型；
[0009]S2、获取风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗，根据风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗构成风电场到故障点的节点导纳矩阵；
[0010]S3、获取各风电机组正常工况下的输出电流作为电流迭代初值，根据低电压穿越期间输出电流模型和节点导纳矩阵迭代计算出各台风电机组的机端电压以及输出短路电流；
[0011]S4、计算各台风电机组的输出短路电流的和作为海上风电场向系统输出的短路电流。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的另一种技术方案为：
[0013]一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0014]S1、根据单台风机的控制策略，建立对应直驱风机的低电压穿越期间输出电流模型；
[0015]S2、获取风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗，根据风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗构成风电场到故障点的节点导纳矩阵；
[0016]S3、获取各风电机组正常工况下的输出电流作为电流迭代初值，根据低电压穿越期间输出电流模型和节点导纳矩阵迭代计算出各台风电机组的机端电压以及输出短路电流；
[0017]S4、计算各台风电机组的输出短路电流的和作为海上风电场向系统输出的短路电流。
[0018]本专利技术的有益效果在于：一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法及终端，通过建立的低电压穿越期间输出电流模型和节点导纳矩阵，通过迭代的方式分析计算风电场向电网输出的短路电流，相比现有通过仿真计算的方式具有较快运算速度，在大规模风电场的情况下能满足继电保护工程上的需要。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例的一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法的流程示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例的一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法的流向示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例涉及的风电机组低电压穿越能力要求示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例涉及的海上风电场拓扑示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例涉及的短路电流计算中的迭代流程示意图；
[0024]图6为本专利技术实施例涉及的BPA仿真与本计算方法的短路电流对比图；
[0025]图7为本专利技术实施例涉及的部分机组切除与无机组切除短路电流对比图；
[0026]图8为本专利技术实施例的一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算终端的结构示意图。
[0027]标号说明：
[0028]1、一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算终端；2、处理器；3、存储器。
具体实施方式
[0029]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0030]请参照图1至图7，一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法，包括步骤：
[0031]S1、根据单台风机的控制策略，建立对应直驱风机的低电压穿越期间输出电流模型；
[0032]S2、获取风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗，根据风电场内
部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗构成风电场到故障点的节点导纳矩阵；
[0033]S3、获取各风电机组正常工况下的输出电流作为电流迭代初值，根据低电压穿越期间输出电流模型和节点导纳矩阵迭代计算出各台风电机组的机端电压以及输出短路电流；
[0034]S4、计算各台风电机组的输出短路电流的和作为海上风电场向系统输出的短路电流。
[0035]由上述描述可知，本专利技术的有益效果在于：一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法及终端，通过建立的低电压穿越期间输出电流模型和节点导纳矩阵，通过迭代的方式分析计算风电场向电网输出的短路电流，相比现有通过仿真计算的方式具有较快运算速度，在大规模风电场的情况下能满足继电保护工程上的需要。
[0036]进一步地，所述单台电机的控制策略具体是无功控制优先策略；
[0037]所述低电压穿越期间输出电流模型具体如下：
[0038][0039]式中，ψ
t
为风电机组机端电压的相位角，U
t
为风电机组机端电压的模值，I
max
为逆变器的电流限幅的标幺值，θ
t
为风电机组输出电流超前电压的相位角。
[0040]由上述描述可知，给出了低电压穿越期间输出电流模型的具体方案。
[0041]进一步地，所述步骤S3具体包括：
[0042]S31、获取各风电机组正常工况下的输出电流作为电流迭代初值，根据电流迭代初值计算各节点的电压，并筛选出各台风机的机端电压的列向量U
t∑(1)
；
[0043]S32、根据风机的排列顺序，依次利用第j台风机的机端电压和低电压穿越期间输出电流模型计算第j台机组的输出电流形成各台风机的输出电流列向量I
∑(n)
；
[0044]S33、输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法，其特征在于，包括步骤：S1、根据单台风机的控制策略，建立对应直驱风机的低电压穿越期间输出电流模型；S2、获取风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗，根据风电场内部阻抗参数与故障点到风电场PCC点的等效阻抗构成风电场到故障点的节点导纳矩阵；S3、获取各风电机组正常工况下的输出电流作为电流迭代初值，根据低电压穿越期间输出电流模型和节点导纳矩阵迭代计算出各台风电机组的机端电压以及输出短路电流；S4、计算各台风电机组的输出短路电流的和作为海上风电场向系统输出的短路电流。2.根据权利要求1所述的一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法，其特征在于，所述单台电机的控制策略具体是无功控制优先策略；所述低电压穿越期间输出电流模型具体如下：式中，ψ
t
为风电机组机端电压的相位角，U
t
为风电机组机端电压的模值，I
max
为逆变器的电流限幅的标幺值，θ
t
为风电机组输出电流超前电压的相位角。3.根据权利要求1所述的一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31、获取各风电机组正常工况下的输出电流作为电流迭代初值，根据电流迭代初值计算各节点的电压，并筛选出各台风机的机端电压的列向量U
t∑(1)
；S32、根据风机的排列顺序，依次利用第j台风机的机端电压和低电压穿越期间输出电流模型计算第j台机组的输出电流形成各台风机的输出电流列向量I
∑(n)
；S33、输出电流列向量I
∑(n)
代入节点电压方程求得含各台机组机端电压的列向量U
t∑(n+1)
；重复迭代执行步骤S32
‑
S33直到||U
t∑(n+1)
‑
U
t∑(n)
||≤10
‑6或执行次数抵达预设迭代上限后输出输出电流列向量I
∑(n)
的各个元素作为各台风电机组的输出短路电流。4.根据权利要求1所述的一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法，其特征在于，所述节点导纳矩阵的节点包括风机输入节点与联络节点，节点导纳矩阵的最大维度节点导纳矩阵Y
M
为风电机组全部工作的情况下风电场内部的线路参数与故障点到风电场PCC点等效阻抗结合生成，其表述如下：
式中，风机输入节点的标号为#1
‑
#m，联络节点的标号为&1
‑
&n；Y
##
表示风机输入点间的导纳矩阵；Y
&&
表示联络节点间的导纳矩阵；Y
#&
与Y
&#
表示风机输入节点与联络节点间的互导纳矩阵。5.根据权利要求4所述的一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算方法，其特征在于，当第#i台风机关断时，实现以下步骤：A1、定位第#i台风机输入节点的自导纳位置；A2、消去该自导纳所在的行与列；A3、定位与第#i台风机有电气联系的联络节点&j的自导纳位置；A4、该联络节点的自导纳减去风机输入节点的自导纳即为该联络节点新的自导纳。6.一种三相故障下海上风电场短路电流分析计算终端，包括存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛静玮，林毅，叶荣，吴威，魏鑫，林威，唐雨晨，黎萌，朱睿，薛安成，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：