一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，包括：建立双馈异步发电机组在电网电压深度跌落故障下暂态数学模型，根据所述数学模型中的暂态电气关系，建立所述双馈异步发电机组的暂态等效电路；对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析，获得所述双馈异步发电机组机端电压跌落时的第一定子暂态电流；根据撬棒电路投入机制，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路进行修正，修正后获得撬棒电路投入情况下的双馈异步发电机组机端电压跌落时的第二定子暂态电流；根据所述第二定子暂态电流获得所述双馈异步发电机组暂态短路电流。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法
本专利技术涉及风力发电领域，特别涉及一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法。
技术介绍
在各类风力发电机组中，双馈异步发电机(DoubleFedInductionGenerator，DFIG)是目前兆瓦级风力发电机组的主流机型之一。由于双馈风电机组的发电机定子直接与电网相连，当系统出现短路故障时，电网侧的电压变化会通过定、转子之间的感应引起转子侧的大电流，即在转子侧产生较大的短路电流，会对风电机组的换流器和风机产生冲击。此外风电机组相关的保护定值需要考虑风电机组短路电流的影响，因此定量计算双馈风机短路电流的大小对于双馈风机设备选型、保护定值整定有重要意义。目前，针对双馈风机短路电流的研究成果多集中于机端发生三相短路，机端电压跌至0时的定子、转子暂态电流，分析方法多为基于磁链分析的数学解析法，对于三相电压跌落后存在残压的分析则较少；另外，对于撬棒电路(CrowBar)投入情况的分析多假设故障发生瞬间CrowBar立即投入，真正将CrowBar投入策略考虑在暂态分析中的研究则鲜有。例如公开号为102867085A的中国专利申请为本专利技术最接近的现有技术，其公开了含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其中便是通过对暂态过程中磁链的衰减进行分析，通过磁链与电流的关系获得计算结果的，且在计算过程中并未考虑保护的实际投入机制，无法得到反映撬棒电路参与保护下的风电机组低电压穿越过程的暂态特征。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，用于解决现有技术中无法精确的计算双馈异步发电机组暂态短路电流的技术问题。本专利技术实施例提供一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，所述方法包括：建立双馈异步发电机组在电网电压深度跌落故障下暂态数学模型，根据所述数学模型中的暂态电气关系，建立所述双馈异步发电机组的暂态等效电路；对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析，获得所述双馈异步发电机组机端电压跌落时的第一定子暂态电流；根据撬棒电路投入机制，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路进行修正，修正后获得撬棒电路投入情况下的双馈异步发电机组机端电压跌落时的第二定子暂态电流；根据所述第二定子暂态电流获得所述双馈异步发电机组暂态短路电流。上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，所述方法还包括：所述撬棒电路投入延迟时，根据所述第一定子暂态电流以及第二定子暂态电流计算所述双馈异步发电机组暂态短路电流。上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析包括：电网电压深度跌落故障发生后的定子暂态电流的变化为所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的全响应过程。上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，所述根据所述数学模型中的暂态电气关系，建立所述双馈异步发电机组的暂态等效电路包括：同步速旋转dq坐标系中所述双馈异步发电机组矢量形式的定转子电压方程(1)以及定转子磁链方程(2)如下：Ls=Lsσ+Lm(3)Lr=Lrσ+Lm(4)其中：us为定子电压矢量、ur为转子电压矢量，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，is为定子电流矢量，ir为转子电流矢量，ψs为定子磁链矢量，ψr为转子磁链矢量，ωe为同步角速度，ωslip=ωs-ωr为定子与转子转差角速度，Lsσ为定子漏感，Lrσ为转子漏感，Lm为定转子互感，Ls为定子电感，Lr为转子电感；根据式(1)、(2)、(3)及(4)得到所述双馈异步发电机组的暂态等效电路。上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析包括：对式(2)进行变换得到定转子电流矢量方程(5)：其中：假设所述双馈异步发电机组工作在同步速下，则根据式(6)获得同步速下相应的定子暂态电流：则同步速下定转子磁链方程为(7)：再假设t=0时刻发生电压跌落时的初始相角α=0，残压为Δu，则在t=0+时刻的定转子磁链方程(8)及电压跌落后稳态时刻定转子磁链方程(9)为：上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，所述方法还包括：根据式(10)获得所述双馈异步发电机组机端电压跌落时的第一定子暂态电流is：其中，cos(ωst∞)为周期分量，t∞＝t，ωst∞′＝ωst∞+β，β∈(-π，π)，Tr为转子磁链衰减时间常数和充电时间常数，Ts为定子侧衰减时间常数，系数ks=Lm/Ls，kr=Lm/Lr。上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，根据式(11)获得所述定子侧暂态等效阻抗Xs：Xs＝ωeLs′(11)。上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，获得撬棒电路投入情况下的双馈异步发电机组机端电压跌落时的第二定子暂态电流包括：将式(11)中的所述定子侧暂态等效阻抗Xs修正为式(12)：其中，Rcb为撬棒电路电阻，将转子侧衰减时间常数和充电时间常数修正为因此，撬棒电路投入后的第二定子暂态电流(12)为：上述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其中，根据所述第一定子暂态电流以及第二定子暂态电流，计算所述撬棒电路投入延迟时的暂态短路电流包括：分别将式(10)和式(13)的直流分量和交流分量建立等式关系(14)，获得投切时间修正量：式中tc为撬棒电路投入电路的时间，tc1是撬棒电路投入对直流分量的时间修正，tc2是撬棒电路投入对交流分量的时间修正，是撬棒电路投入对交流分量的相角修正；则撬棒电路投入迟延时的暂态短路电流imix为：其中，t1=t-tc+tc1，t2=t-tc+tc2。β为第一定子暂态电流中对相角的修正，φ为撬棒电路投入时满足边界条件的相角修正。本专利技术实施例提供的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，通过将撬棒电路投入机制考虑到暂态电流计算过程中，根据其确定暂态等效电路的变换时刻，最终获得了一种与现场实测曲线较为接近的暂态短路电流计算方法并且与实际情况吻合。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1为本专利技术实施例中一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法流程图；图2为本专利技术实施例中双馈异步发电机组暂态等效电路示意图；图3为本专利技术实施例中计算得到的暂态短路电流与实测的暂态短路电流对比示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本专利技术实施例作进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。本专利技术实施例提供一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，如图1所示，所述方法包括：步骤101，建立双馈异步发电机组在电网电压深度跌落故障下暂态数学模型，根据所述数学模型中的暂态电气关系，建立所述双馈异步发电机组的暂态等效电路；步骤102，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析，获得所述双馈异步发电机组机端电压跌落时的第一定子暂态电流；较佳的，电网电压深度跌落故障发生后的定子暂态电流的变化为所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的全响应过程，即零输入响应与零状态响应的叠加。步骤103，根据撬棒电路投入机制，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其特征在于，所述方法包括：建立双馈异步发电机组在电网电压深度跌落故障下暂态数学模型，根据所述数学模型中的暂态电气关系，建立所述双馈异步发电机组的暂态等效电路；对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析，获得所述双馈异步发电机组机端电压跌落时的第一定子暂态电流；根据撬棒电路投入机制，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路进行修正，修正后获得撬棒电路投入情况下的双馈异步发电机组机端电压跌落时的第二定子暂态电流；根据所述第二定子暂态电流获得所述双馈异步发电机组暂态短路电流。

【技术特征摘要】
1.一种双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其特征在于，所述方法包括：建立双馈异步发电机组在电网电压深度跌落故障下暂态数学模型，根据所述数学模型中的暂态电气关系，建立所述双馈异步发电机组的暂态等效电路；对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析，获得所述双馈异步发电机组机端电压跌落时存在一定残压的第一定子暂态电流；根据撬棒电路投入机制，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路进行修正，修正后获得撬棒电路投入情况下的双馈异步发电机组机端电压跌落时的第二定子暂态电流；根据所述第二定子暂态电流获得所述双馈异步发电机组暂态短路电流；所述撬棒电路投入延迟时，根据所述第一定子暂态电流以及第二定子暂态电流计算所述双馈异步发电机组暂态短路电流。2.根据权利要求1所述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其特征在于，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析包括：电网电压深度跌落故障发生后的定子暂态电流的变化为所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的全响应过程。3.根据权利要求2所述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其特征在于，所述根据所述数学模型中的暂态电气关系，建立所述双馈异步发电机组的暂态等效电路包括：同步速旋转dq坐标系中所述双馈异步发电机组矢量形式的定转子电压方程(1)以及定转子磁链方程(2)如下：Ls＝Lsσ+Lm(3)Lr＝Lrσ+Lm(4)其中：us为定子电压矢量、ur为转子电压矢量，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，is为定子电流矢量，ir为转子电流矢量，ψs为定子磁链矢量，ψr为转子磁链矢量，ωe为同步角速度，ωslip＝ωs-ωr为定子与转子转差角速度，Lsσ为定子漏感，Lrσ为转子漏感，Lm为定转子互感,Ls为定子电感，Lr为转子电感；根据式(1)、(2)、(3)及(4)得到所述双馈异步发电机组的暂态等效电路。4.根据权利要求3所述的双馈异步发电机组暂态短路电流的计算方法，其特征在于，对所述双馈异步发电机组的暂态等效电路的磁链关系进行分析包括：对式(2)进行变换得到定转子电流矢量方程(5)：其中：系数ks＝Lm/Ls，kr＝Lm/Lr；假设所述双馈异步发电机组工作在同步速下，则根据式(6)获得同步速下相应的定子暂态电流：则同步速下定转子磁链方程为(7)：再假设t＝0时刻发生电压跌落时的初始相角α＝0，残压为△u，则在t＝0+时刻的定转子磁链方程(8)及电压跌落后稳态...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀函，刘辉，吴林林，刘京波，王皓靖，
申请(专利权)人：国家电网公司，华北电力科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：