CN106096282B - 一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，得到双馈风力发电机的正序等值电路、负序等值电路；计算正序定子侧等效阻抗Z_s；计算定子侧磁链初值ψ_s0和转子侧磁链初值ψ_r0；计算暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正序定子侧电流i_sp和负序定子侧电流i_sn；利用坐标变换分别求出单相的正序短路电流i_spa和单相负序短路电流i_sna；计算短路电流最大值i_samax和短路电流周期分量有效值I_savmr。本发明更加精确的表达了双馈风力发电机单相接地短路时，短路电流的大小，提高了计算的精度，对于风电场的电气设备经济安全设计具有重要意义。

Description

一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法

技术领域

本发明属于风电场电气经济安全分析与设计领域，具体涉及一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法。

背景技术

目前，广泛商业应用的双馈风电机组由于普遍采用了Crowbar保护，保证了风电机组能过在故障情况下依然并网运行，从而也使得风电场的安全性得到了保证。

然而，采用Crowbar保护必然会对短路电流产生抑制，如果忽略这一点，按现有计算方法，可能会得到不太准确的计算结果，从而造成不必要的经济浪费。因此，需要提出一种在采用Crowbar保护的情况下，能更为准确地计算单相接地短路电流的计算方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，不仅考虑Crowbar电阻在原理上对转子侧变流器的保护，同时考虑Crowbar电阻在实际运行中对转子侧电流和转子侧磁链的抑制。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，包括以下步骤：

步骤一：利用对称分量法，将双馈风力发电机的模型分解成正序、负序下的模型，正序、负序下的模型分别对应正序等值电路、负序等值电路；

步骤二：计算正序等值电路短路后的正序定子侧等效阻抗Z_s；

步骤三：根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程和正序定子侧等效阻抗Z_s，计算出正序等值电路短路前的定子侧磁链初值ψ_s0和转子侧磁链初值ψ_r0；

步骤四：根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，分别计算出与正序等值电路和负序等值电路对应的暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链

步骤五：根据所述的暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链分别计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正序定子侧电流i_sp和负序定子侧电流i_sn；

步骤六：利用坐标变换求出短路相(如A相)的正序短路电流i_spa和单相负序短路电流i_sna；

步骤七：根据空间矢量坐标系、正序短路电流i_spa和单相负序短路电流i_sna，计算短路电流最大值i_samax和短路电流周期分量有效值I_savmr。

所述步骤二中，正序定子侧等效阻抗Z_s为：

Z_s＝R_CB+jω_sL’_s

其中，R_CB为正序等值电路短路在t＝0时刻定子侧发生了单相接地短路故障，在t＝0⁺时刻投入的Crowbar电阻，ω_s为同步角速度，L'_s为定子绕组暂态电感。

所述步骤三中，正序等值电路短路前的定子侧磁链初值ψ_s0为：

式中：U_so为短路前的机端电压初值，

转子侧磁链初值ψ_r0为：

其中，L_r为转子等效电感，L_m为激磁电感，R_s为定子电阻，I_s0为短路前的机端电流初值。

所述步骤四中：

暂态正序定子测磁链为：

式中：A为正序压降系数，A＝k_a+k_b+k_c，k_a为A相定子侧短路压降系数，k_b为B相定子侧短路压降系数，k_c为C相定子侧短路压降系数；τ_sDFIG为暂态定子时间常数，

暂态正序转子测磁链为：

式中，τ_r为DFIG暂态转子时间常数；

暂态负序定子磁链为：

式中：B为负序压降系数，

暂态负序转子磁链为：

ψ_rn＝0。

所述步骤五中的正序定子侧电流i_sp为：

负序定子侧电流i_sn为：

所述步骤六中的正序短路电流i_spa为：

单相负序短路电流i_sna为：

所述步骤七中的短路电流最大值i_samax为：

短路电流周期分量有效值I_savmr为：

本发明的有益效果：

本发明的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，在计算双馈风力发电机单相接地短路电流时，考虑了Crowbar电阻对短路电流的计算的影响，更加精确的表达了双馈风力发电机单相接地短路时，短路电流的大小，与现有公式相比，提高了计算的精度，对于风电场的电气设备经济安全设计具有重要意义。

附图说明

图1为本发明一种实施例的流程示意图。

图2是本发明一种实施例的正序等值电路图。

图3是本发明一种实施例的负序等值电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

参见图1，一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，包括以下步骤：

步骤一：利用对称分量法，将双馈风力发电机的模型分解成正序、负序下的模型，正序、负序下的模型分别对应正序等值电路(参见图2)、负序等值电路(参见图3)；

步骤二：计算正序等值电路短路后的正序定子侧等效阻抗Z_s，在本发明的一种实施例中，正序定子侧等效阻抗Z_s为：

Z_s＝R_CB+jω_sL’_s

其中，R_CB为正序等值电路短路在t＝0时刻定子侧发生了单相接地短路故障，在t＝0⁺时刻投入的Crowbar电阻，ω_s为同步角速度，L'_s为定子绕组暂态电感。

步骤三：根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程和正序定子侧等效阻抗Z_s，计算出正序等值电路短路前的定子侧磁链初值ψ_s0和转子侧磁链初值ψ_r0；

空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程为：

其中，为定子侧电压，为转子侧电压，R_s为定子电阻，R_r为转子电阻，I_s0为短路前的机端电流初值，为定子侧电流，为转子侧电流，为定子侧磁链，为转子侧磁链，L_r为转子等效电感，L_m为激磁电感；

根据双馈风力发电机的电磁暂态原理，联立Z_s＝R_CB+jω_sL'_s、U_s0＝1(p.u.)、I_s0＝1(p.u.)，其中(p.u.)为标幺值，可得出：

其中，U_s0为短路前的机端电压初值，

其中，L_r为转子等效电感，L_m为激磁电感，R_s为定子电阻，I_s0为短路前的机端电流初值。

步骤四：假设短路后，电压瞬间跌落到暂态功频分量，根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，分别计算出与正序等值电路和负序等值电路对应的暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链

暂态正序定子测磁链为：

式中：A为正序压降系数，A＝k_a+k_b+k_c，k_a为A相定子侧短路压降系数，k_b为B相定子侧短路压降系数，k_c为C相定子侧短路压降系数；τ_sDFIG为暂态定子时间常数

暂态正序转子测磁链为：

式中，τ_r为DFIG暂态转子时间常数；

暂态负序定子磁链为：

式中：B为负序压降系数，

暂态负序转子磁链为：

ψ_rn＝0。

步骤五：根据所述的暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链分别计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正序定子侧电流i_sp和负序定子侧电流i_sn；

步骤六：利用坐标变换(即将坐标变换为abc三相坐标系)，求出短路相(如A相)

的正序短路电流i_spa和单相负序短路电流i_sna；

步骤七：根据空间矢量坐标系、正序短路电流i_spa和单相负序短路电流i_sna，计算短路电流最大值i_samax和短路电流周期分量有效值I_savmr；

在本发明中，L_sσ、L_rσ分别为定子漏抗和转子漏抗，具体的公式为：

L_s＝L_sσ+L_m

L_r＝L_rσ+L_m

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用对称分量法，将双馈风力发电机的模型分解成正序、负序下的模型，正序、负序下的模型分别对应正序等值电路、负序等值电路；

步骤二：计算正序等值电路短路后的正序定子侧等效阻抗Z_s；

步骤三：根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程和正序定子侧等效阻抗Z_s，计算出正序等值电路短路前的定子侧磁链初值ψ_s0和转子侧磁链初值ψ_r0；

步骤四：根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，分别计算出与正序等值电路和负序等值电路对应的暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链

所述的暂态正序定子测磁链为：

式中：A为正序压降系数，A＝k_a+k_b+k_c，k_a为A相定子侧短路压降系数，k_b为B相定子侧短路压降系数，k_c为C相定子侧短路压降系数；τ_s为DFIG暂态定子时间常数；暂态正序转子测磁链为：

式中，τ_r为DFIG暂态转子时间常数；

暂态负序定子磁链为：

式中：B为负序压降系数，

暂态负序转子磁链为：

步骤五：根据所述的暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链分别计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正序定子侧电流i_sp和负序定子侧电流i_sn；

步骤六：利用坐标变换求出短路相的正序短路电流i_spa和单相负序短路电流i_sna；

步骤七：根据空间矢量坐标系、正序短路电流i_spa和单相负序短路电流i_sna，计算短路电流最大值i_samax和短路电流周期分量有效值I_savmr。

2.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在于：所述步骤二中，正序定子侧等效阻抗Z_s为：

Z_s＝R_CB+jω_sL'_s

其中，R_CB为正序等值电路短路在t＝0时刻定子侧发生了单相接地短路故障，在t＝0⁺时刻投入的Crowbar电阻，ω_s为同步角速度，L'_s为定子绕组暂态电感。

3.根据权利要求2所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在于：所述步骤三中，正序等值电路短路前的定子侧磁链初值ψ_s0为：

式中：U_so为短路前的机端电压初值，

转子侧磁链初值ψ_r0为：

其中，L_r为转子等效电感，L_m为激磁电感，R_s为定子电阻，I_s0为短路前的机端电流初值。

4.根据权利要求3所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在于：所述步骤五中的正序定子侧电流i_sp为：

负序定子侧电流i_sn为：

。

5.根据权利要求4所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在于：所述步骤六中的正序短路电流i_spa为：

单相负序短路电流i_sna为：

其中，Re[]代表取实部。

6.根据权利要求5所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在于：所述步骤七中的短路电流最大值i_samax为：

短路电流周期分量有效值I_savmr为：

其中，Re[]代表取实部。