CN107480406B - 一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法 - Google Patents

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CN107480406B CN201710846312.8A CN201710846312A CN107480406B CN 107480406 B CN107480406 B CN 107480406B CN 201710846312 A CN201710846312 A CN 201710846312A CN 107480406 B CN107480406 B CN 107480406B
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    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Abstract

一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法，所述方法具体为:以时变傅里叶级数组成的平均系数为向量系数建立实系数周期函数的动态向量模型；将传统dq坐标系的下双馈风电机组数学模型转换为采用平均系数的动态向量模型；通过对发生对称、不对称短路时双馈风电机组正序、负序短路电流分量的特性分析；对发生次同步震荡时短路电流中次同步分量的特性分析，提出了双馈风电机组动态向量模型中系数的选取方法；通过选取后的系数建立双馈风电机组各种故障类型的的向量模型，精确计算各种故障类型下双馈风电机组的短路电流，并精确计算短路电流中的次同步分量；不仅能反映短路电流中50Hz的基频分量的特性，还能反映其它频率分量的特性。

Description

一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法
技术领域
本发明涉及风力发电继电保护系统领域，尤其涉及一种双馈型风电机组的短路电流计算向量模型建立方法。
背景技术
随着我国风电机组并网容量的不断增大，双馈风力发电机组作为使用最广泛的风电机组类型在我国风力发电场中得到了大量使用。但随着其并网容量的不断增加，给传统电力系统继电保护也带来了巨大的挑战。不考虑双馈风电机组短路电流对电力系统暂态特性的影响可能造成保护装置整定配置失效甚至造成保护装置拒动、误动等严重事故。提出其短路电流的计算模型对正确进行双馈风电机组接入电网后的继电保护整定和保护装置配置越来越重要。
然而双馈风电机组的短路电流特性会受到风电场送出线路上串联补偿电容的影响，使其短路电流产生次同步震荡频率分量。例如美国学者Irwin等，通过大量仿真及实验验证通过论文指出，当双馈风电机组通过较长的串联补偿电容线路与系统相连时，将使短路电流中产生次同步频率震荡分量。北美电力公司也在2009年德克萨斯大停电事故的分析报告中指出，风电场送出线由于串联补偿电容所引起的次同步震荡现象可能导致严重的过电压和电流震荡，进一步可能引起风力发电场控制器件损坏等重大事故。
针对这一问题现有的双馈风电短路电流计算模型研究还较少，现有计算模型中只考虑了双馈风电机组短路电流的基频特性，不能准确的计算线路串联补偿电容使短路电流产生的次同步震荡频率分量。建立详细的双馈风电机组电磁暂态仿真模型虽然可以正确的仿真短路电流的次同步震荡频率分量，但电磁暂态模型需要的计算量大，仿真时间长，且不适用于实际工程中的短路电流计算的应用。
发明内容
本发明的目的是要解决上述的技术问题，提供一种计算量小、能反映多种频率的基频分量的特性且准确计算线路串联补偿电容使短路电流产生的次同步震荡频率分量，适用于实际工程中的短路电流的计算。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法，所述方法具体为:
步骤一：以时变傅里叶级数组成的平均系数为向量系数建立实系数周期函数的动态向量模型；
步骤二：将传统dq坐标系的下双馈风电机组数学模型转换为采用平均系数的动态向量模型；
步骤三：通过对发生对称、不对称短路时双馈风电机组正序、负序短路电流分量的特性分析；对发生次同步震荡时短路电流中次同步分量的特性分析，提出了双馈风电机组动态向量模型中系数的选取方法。
步骤四：通过选取后的系数建立双馈风电机组对称短路时的向量模型，不对称短路时的向量模型，发生次同步震荡时的向量模型，精确计算各种故障类型下双馈风电机组的短路电流，并精确计算短路电流中的次同步分量。
其中，所述的步骤一的具体步骤为：当τ∈(t-T,t]范围内时，一个频率为kωs
的实系数周期函数x(τ)可采用平均向量算法通过傅里叶分解得到一个近似
相等的动态向量模型：
Figure GDA0002550828100000021
当ωs＝2π/T时，<x>k(t)是k阶傅里叶分量的平均系数，由傅里叶分解原理可知平均系数<x>k(t)等于：
Figure GDA0002550828100000022
所述的步骤二具体步骤为：定子磁链方程转换为：
Figure GDA0002550828100000023
其中
Figure GDA0002550828100000024
为定子磁链ψs,dq的k阶傅里叶分量，
Figure GDA0002550828100000025
Figure GDA0002550828100000026
分别为定子电流is,dq、转子电流ir,dq的k阶傅里叶分量；Ls、Lm分别为定子电抗、互感电抗；
定子电压方程转换为：
Figure GDA0002550828100000027
其中
Figure GDA0002550828100000031
为定子电压Vs,dq的k阶傅里叶分量，Rs为定子电阻，J为d、q轴方程对应系数；
转子磁链方程转换为：
Figure GDA0002550828100000032
其中
Figure GDA0002550828100000033
为转子磁链ψr,dq的k阶傅里叶分量，Lr、Lm分别为转子电抗、互感电抗；
转子电压方程转换为：
Figure GDA0002550828100000034
其中
Figure GDA0002550828100000035
为转子电压Vr,dq的k阶傅里叶分量，Rr为转子电阻，s为定转子转差率；
直流母线平衡方程转换为：
Figure GDA0002550828100000036
其中
Figure GDA0002550828100000037
为直流母线电压Vdc的k阶傅里叶分量；mr,d、mr,q为转子变流器的d、q轴控制回路调制比；mg,d、mg,q分别为网侧流器的d、q轴控制回路调制比；ig,q、ig,q为网侧电流的d、q轴分量，ir,d、ir,q为转子侧电流的d、q轴分量；C为直流母线电容的大小；
转子侧变流器的电流PI控制环节方程转换为：
Figure GDA0002550828100000038
Figure GDA0002550828100000039
Figure GDA00025508281000000310
Figure GDA00025508281000000311
其中
Figure GDA00025508281000000312
为转子d轴电流PI控制环节中间量xr,d的k阶傅里叶分量，
Figure GDA0002550828100000041
为转子q轴电流PI控制环节中间量xr,q的k阶傅里叶分量；
Figure GDA0002550828100000042
是有功功率的参考值，Ps是有功功率的实际值；对应的
Figure GDA0002550828100000043
表示无功功率参考值，Qs表示无功功率实际值；
Figure GDA0002550828100000044
表示PI环节中有功外环的积分系数，
Figure GDA0002550828100000045
表示PI环节中无功外环的积分系数；
Figure GDA0002550828100000046
表示PI环节中有功外环的比例系数，
Figure GDA0002550828100000047
表示PI环节中无功外环的比例系数；
网侧变流器的电流PI控制环节方程转换为：
Figure GDA0002550828100000048
Figure GDA0002550828100000049
Figure GDA00025508281000000410
Figure GDA00025508281000000411
其中
Figure GDA00025508281000000412
为网侧d轴电流PI控制环节中间量xg,d的k阶傅里叶分量，
Figure GDA00025508281000000413
为网侧q轴电流PI控制环节中间量xg,q的k阶傅里叶分量；
Figure GDA00025508281000000414
表示直流母线电压参考值，Vdc表示直流母线电压实际值；
Figure GDA00025508281000000415
表示网侧电流参考值，ig,q表示网侧电流实际值；
Figure GDA00025508281000000416
表示PI环节中直流母线电压外环的积分系数，
Figure GDA00025508281000000417
表示PI环节中网侧电流外环的积分系数；
Figure GDA00025508281000000418
表示PI环节中直流母线电压外环的比例系数，
Figure GDA00025508281000000419
表示PI环节中网侧电流外环的比例系数；
送出线路的动态向量模型为：
Figure GDA00025508281000000420
Figure GDA00025508281000000421
Figure GDA00025508281000000422
Figure GDA00025508281000000423
其中Lline、Rline、Cline分别为送出线的电抗、电阻、串补电容，vs,d、vs,q为送出线始端电压的d、q轴分量，vc,d、vc,q为串补电容上电压的d、q轴分量，vb,d、vb,q为送出线末端电压的d、q轴分量，id、iq为送出线电流的d、q轴分量；
将上述dq坐标系下双馈风电机组各环节的数学模型，转换为动态向量模型，进而得到整体双馈风电机组的动态向量模型。
步骤三中具体步骤为：
在传统dq0坐标系下，正序电流分量在d轴、q轴上表现为直流分量，因此正
序分量在所建的动态向量模型中对应k＝0的分量；
在传统dq0坐标系下，负序电流分量在d轴、q轴上表现为2倍ωs频率分量，因此负序分量在所建的动态向量模型中对应k＝2的分量；
而短路电流中次同步分量在dq0坐标系下表现为频率为
Figure GDA0002550828100000051
的分量，其中
Figure GDA0002550828100000052
C为线路串补电容的大小，Ti为转子侧变流器电流PI环节的等效时
间常数；因此次同步分量在所建的动态向量模型中对应
Figure GDA0002550828100000053
的分量；
双馈风电机组动态向量模型中系数的选取如下表1所示：
表1
Figure GDA0002550828100000054
所述的步骤四中具体步骤为：
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000061
和对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0建立双馈风电机组对称短路时的向量模型，计算对称短路时双馈风电机组的短路电流；
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000062
以及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0和选取2阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000063
及其对应的步骤三中的2阶向量系数<is,dq>2建立双馈风电机组不对称短路时的向量模型，计算不对称短路时双馈风电机组短路电流中的正、负序分量；
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000064
及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0和选取
Figure GDA0002550828100000065
阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000066
及其对应的步骤三中的
Figure GDA0002550828100000067
阶向量系数
Figure GDA0002550828100000068
建立双馈风电机组对称短路且发生次同步震荡时的向量模型，计算双馈风电机组短路电流中的正序分量和次同步分量；
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000069
及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0、选取2阶向量模型分量
Figure GDA00025508281000000610
及其对应的步骤三中的2阶向量系数<is,dq>2，选取
Figure GDA00025508281000000611
阶向量模型分量
Figure GDA00025508281000000612
及其对应的步骤三中的
Figure GDA00025508281000000613
阶向量系数
Figure GDA00025508281000000614
建立双馈风电机组不对称短路且发生次同步震荡时的向量模型，计算双馈风电机组短路电流的正序分量、负序分量和次同步分量。
相对于现有技术，本发明实施例提供了一种适用于双馈风电机组短路电流计算向量模型。该模型中向量系数参数采用了时变傅里叶级数表示的平均系数。所提模型相较传统模型不仅能反映短路电流中50Hz的基频分量的特性，还能反映其它频率分量的特性，例如所提模型可以准确地计算短路电流中30Hz等次同步频率分量。它可以有效的应用于风电机组接入电网后的继电保护装置整定配置，还可以有效的进行风电机组接入电网后的次同步振荡特性分析。
附图说明
图1为本发明所提供的双馈风电机组短路电流计算动态向量模型建模的流程示意图。
图2为本发明所举实例中验证所建向量模型计算结果的仿真电路结构图。
图3为本发明发生三相短路时所建向量模型计算结果与仿真结果对比图。
图4为本发明发生三相短路仿真得到短路电流分量的幅值变化图。
图5为本发明发生单相短路时所建向量模型计算结果与仿真结果对比图。
图6为本发明发生A相不对称称短路时仿真得到的短路电流各分量的幅值变化图。
图7为本发明发生三相短路且存在次同步振荡时所建向量模型计算结果与仿真结果对比图。
图8为本发明发生对称故障且发生次同步振荡时RTDS仿真得到的短路电流各分量的幅值变化图。
具体实施方式
一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法，所述方法具体为:
步骤一：以时变傅里叶级数组成的平均系数为向量系数建立实系数周期函数的动态向量模型；
步骤二：将传统dq坐标系的下双馈风电机组数学模型转换为采用平均系数的动态向量模型；
步骤三：通过对发生对称、不对称短路时双馈风电机组正序、负序短路电流分量的特性分析；对发生次同步震荡时短路电流中次同步分量的特性分析，提出了双馈风电机组动态向量模型中系数的选取方法。
步骤四：通过选取后的系数建立双馈风电机组对称短路时的向量模型，不对称短路时的向量模型，发生次同步震荡时的向量模型，精确计算各种故障类型下双馈风电机组的短路电流，并精确计算短路电流中的次同步分量。
其中，所述的步骤一的具体步骤为：当τ∈(t-T,t]范围内时，一个频率为kωs
的实系数周期函数x(τ)可采用平均向量算法通过傅里叶分解得到一个近似
相等的动态向量模型：
Figure GDA0002550828100000071
当ωs＝2π/T时，<x>k(t)是k阶傅里叶分量的平均系数，由傅里叶分解原理可知平均系数<x>k(t)等于：
Figure GDA0002550828100000081
所述的步骤二具体步骤为：定子磁链方程转换为：
Figure GDA0002550828100000082
其中
Figure GDA0002550828100000083
为定子磁链ψs,dq的k阶傅里叶分量，
Figure GDA0002550828100000084
Figure GDA0002550828100000085
分别为定子电流is,dq、转子电流ir,dq的k阶傅里叶分量。Ls、Lm分别为定子电抗、互感电抗；
定子电压方程转换为：
Figure GDA0002550828100000086
其中
Figure GDA0002550828100000087
为定子电压Vs,dq的k阶傅里叶分量，Rs为定子电阻，J为d、q轴方程对应系数；
转子磁链方程转换为：
Figure GDA0002550828100000088
其中
Figure GDA0002550828100000089
为转子磁链ψr,dq的k阶傅里叶分量，Lr、Lm分别为转子电抗、互感电抗；
转子电压方程转换为：
Figure GDA00025508281000000810
其中
Figure GDA00025508281000000811
为转子电压Vr,dq的k阶傅里叶分量，Rr为转子电阻，s为定转子转差率；
直流母线平衡方程转换为：
Figure GDA00025508281000000812
其中
Figure GDA0002550828100000091
为直流母线电压Vdc的k阶傅里叶分量；mr,d、mr,q为转子变流器的d、q轴控制回路调制比；mg,d、mg,q分别为为网侧流器的d、q轴控制回路调制比；ig,q、ig,q为网侧电流的d、q轴分量，ir,d、ir,q为转子侧电流的d、q轴分量；C为直流母线电容的大小；
转子侧变流器的电流PI控制环节方程转换为：
Figure GDA0002550828100000092
Figure GDA0002550828100000093
Figure GDA0002550828100000094
Figure GDA0002550828100000095
其中
Figure GDA0002550828100000096
为转子d轴电流PI控制环节中间量xr,d的k阶傅里叶分量，
Figure GDA0002550828100000097
为转子q轴电流PI控制环节中间量xr,q的k阶傅里叶分量；
Figure GDA00025508281000000921
是有功功率的参考值，Ps是有功功率的实际值；对应的
Figure GDA0002550828100000098
表示无功功率参考值，Qs表示无功功率实际值；
Figure GDA0002550828100000099
表示PI环节中有功外环的积分系数，
Figure GDA00025508281000000910
表示PI环节中无功外环的积分系数；
Figure GDA00025508281000000911
表示PI环节中有功外环的比例系数，
Figure GDA00025508281000000912
表示PI环节中无功外环的比例系数；
网侧变流器的电流PI控制环节方程转换为：
Figure GDA00025508281000000913
Figure GDA00025508281000000914
Figure GDA00025508281000000915
Figure GDA00025508281000000916
其中
Figure GDA00025508281000000917
为网侧d轴电流PI控制环节中间量xg,d的k阶傅里叶分量，
Figure GDA00025508281000000918
为网侧q轴电流PI控制环节中间量xg,q的k阶傅里叶分量；
Figure GDA00025508281000000919
表示直流母线电压参考值，Vdc表示直流母线电压实际值；
Figure GDA00025508281000000920
表示网侧电流参考值，ig,q表示网侧电流实际值；
Figure GDA0002550828100000101
表示PI环节中直流母线电压外环的积分系数，
Figure GDA0002550828100000102
表示PI环节中网侧电流外环的积分系数；
Figure GDA0002550828100000103
表示PI环节中直流母线电压外环的比例系数，
Figure GDA0002550828100000104
表示PI环节中网侧电流外环的比例系数；
送出线路的动态向量模型为：
Figure GDA0002550828100000105
Figure GDA0002550828100000106
Figure GDA0002550828100000107
Figure GDA0002550828100000108
其中Lline、Rline、Cline分别为送出线的电抗、电阻、串补电容，vs,d、vs,q为送出线始端电压的d、q轴分量，vc,d、vc,q为串补电容上电压的d、q轴分量，vb,d、vb,q为送出线末端电压的d、q轴分量，id、iq为送出线电流的d、q轴分量；
将上述dq坐标系下双馈风电机组各环节的数学模型，转换为动态向量模型，进而得到整体双馈风电机组的动态向量模型。
步骤三中具体步骤为：
在传统dq0坐标系下，正序电流分量在d轴、q轴上表现为直流分量，因此正
序分量在所建的动态向量模型中对应k＝0的分量；
在传统dq0坐标系下，负序电流分量在d轴、q轴上表现为2倍ωs频率分量，因此负序分量在所建的动态向量模型中对应k＝2的分量；
而短路电流中次同步分量在dq0坐标系下表现为频率为
Figure GDA0002550828100000109
的分量，其中
Figure GDA00025508281000001010
C为线路串补电容的大小，Ti为转子侧变流器电流PI环节的等效时
间常数。因此次同步分量在所建的动态向量模型中对应
Figure GDA00025508281000001011
的分量；
双馈风电机组动态向量模型中系数的选取如下表1所示：
表1
Figure GDA0002550828100000111
具体为：短路电流is,dq的动态向量模型为
Figure GDA0002550828100000112
其中正序电流分量，在d轴q轴上表现为直流分量，直流分量对应k＝0时的傅里叶分量，
K＝0时，is,dq＝<is,dq>0(t)·e0＝<is,dq>0(t)·1＝<is,dq>0为直流，
因此正序电流分量对应动态向量模型中k＝0的分量
Figure GDA0002550828100000113
其对应的动态向量模型系数为：
Figure GDA0002550828100000114
其中负序电流分量，在d轴q轴上表现为2倍ωs频率电流分量，负序分量对应
k＝2时的傅里叶分量，
K＝2时，
Figure GDA0002550828100000115
为2倍ωs频率电流分量，
因此负序电流分量对应动态向量模型中k＝2的分量
Figure GDA0002550828100000116
其对应的动态向量模型系数为：
Figure GDA0002550828100000117
所述的步骤四中具体步骤为：
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000121
和对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0建立双馈风电机组对称短路时的向量模型，计算对称短路时双馈风电机组的短路电流；
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000122
以及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0和选取2阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000123
及其对应的步骤三中的2阶向量系数<is,dq>2建立双馈风电机组不对称短路时的向量模型，计算不对称短路时双馈风电机组短路电流中的正、负序分量；
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000124
及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0和选取
Figure GDA0002550828100000125
阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000126
及其对应的步骤三中的
Figure GDA0002550828100000127
阶向量系数
Figure GDA0002550828100000128
建立双馈风电机组对称短路且发生次同步震荡时的向量模型，计算双馈风电机组短路电流中的正序分量和次同步分量；
选取0阶向量模型分量
Figure GDA0002550828100000129
及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0、选取2阶向量模型分量
Figure GDA00025508281000001210
及其对应的步骤三中的2阶向量系数<is,dq>2，选取
Figure GDA00025508281000001211
阶向量模型分量
Figure GDA00025508281000001212
及其对应的步骤三中的
Figure GDA00025508281000001213
阶向量系数
Figure GDA00025508281000001214
建立双馈风电机组不对称短路且发生次同步震荡时的向量模型，计算双馈风电机组短路电流的正序分量、负序分量和次同步分量。
下面以具体实例对上述所提适用于短路电流计算的双馈风电机组动态向量模型进行验证。
利用电力系统实时数字仿真器RTDS，搭建如图2所示的双馈风电机组接入电网仿真电路验证所提动态向量模型的计算结果。对在图2所示电网的B母线处发生对称短路、不对称短路和发生短路且有次同步震荡发生时的短路电流计算结果进行验证。
假设故障前双馈风力发电机组工作于额定状态，8s时在图2所示电网B母线发生ABC三相对称短路并持续200ms。图3中分别标识出RTDS仿真得到的双馈风电机组短路电流、本发明所提向量模型所计算得到的短路电流。对比仿真结果和所提模型的计算结果，可知所提模型计算结果与仿真结果非常近似。本发明所提向量模型不仅能够精确计算故障发生后短路电流的大小，并且能准确描述故障期间双馈风电机组短路电流的动态特性。
图4为发生ABC三相对称短路时，仿真得到短路电流分量的幅值变化图。由图4可知对称故障发生时正序电流分量是短路电流的主要频率分量，选择正序电流分量对应的k＝0的向量分量系数可以准确的计算双馈风电机组在对称故障时的短路电流。这和所提向量模型表1中的分析结果一致。
假设故障前双馈风力发电机组工作于额定状态，8s时在图2所示电网B母线处发生A相不对称短路故障持续200ms。图5中分别标识出RTDS仿真得到的双馈风电机组短路电流、本发明所提向量模型所计算得到的短路电流。对比所得仿真和计算所得结果，可知在发生不对称短路时本发明所提向量模型也能够准确地计算故障发生后的双馈风电机组短路电流，并且能准确分析故障后短路电流的变化特性。
图6为发生A相不对称称短路时，仿真得到的短路电流各分量的幅值变化图。由图6可知当发生A相不对称故障时，双馈风电机组短路电流主要包含正序、负序分量。由于双馈风电机组的机端变压器高压侧为三角形接线，使故障点到双馈风电机组间没有零序回路，所以短路电流没有零序分量。这与所提向量模型表1中的分析结果也一致，选择正序、负序电流分量对应的k＝0、k＝1的向量分量系数就可以准确的计算双馈风电机组在不对称故障时的短路电流。
图7为发生ABC三相对称故障且发生次同步振荡时，RTDS仿真结果与向量模型计算结果的对比。对比RTDS仿真结果和本文所提向量模型计算结果可以看出，在故障发生后所提向量模型可以准确的计算双馈风电机组输出的短路电流大小，并且能够精确的分析短路电流的变化特性。
图8为发生对称故障且发生次同步振荡时，RTDS仿真得到的短路电流各分量的幅值变化图。当发生对称故障且有次同步振荡时，短路电流主要包含正序分量和次同步分量。这与所提向量模型表1中的分析结果也一致，选择正序、次同步电流分量对应的k＝0、
Figure GDA0002550828100000131
的向量分量系数就可以准确的计算双馈风电机组在发生对称故障且有次同步振荡时的短路电流。
由上述算例和实施例可知：本发明实施例所述适用于短路电流计算的双馈风电机组动态向量模型，可用于双馈风电机组接入电网后的短路电流计算，该模型不仅可以正确的分析短路电流的基频分量还可以准确的计算短路电流中的次同步频率分量，可有效的应用于风电机组接入电网后的继电保护装置整定配置，还可以有效的进行风电机组接入电网后的次同步振荡特性分析。为分析双馈风电机组接入电网后的次同步振荡现象提供了有效的分析工具，具备重要的工程实用价值。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法，其特征在于：所述方法具体为:
步骤一：以时变傅里叶级数组成的平均系数为向量系数建立实系数周期函数的动态向量模型；
步骤二：将传统dq坐标系下的双馈风电机组数学模型转换为采用平均系数的动态向量模型；
步骤三：通过对发生对称、不对称短路时双馈风电机组正序、负序短路电流分量的特性分析；对发生次同步震荡时短路电流中次同步分量的特性分析，提出了双馈风电机组动态向量模型中系数的选取方法；
步骤四：通过选取后的系数建立双馈风电机组对称短路时的向量模型，不对称短路时的向量模型，发生次同步震荡时的向量模型，精确计算各种故障类型下双馈风电机组的短路电流，并精确计算短路电流中的次同步分量；
步骤三中具体步骤为：
在传统dq0坐标系下，正序电流分量在d轴、q轴上表现为直流分量，因此正序分量在所建的动态向量模型中对应k＝0的分量；
在传统dq0坐标系下，负序电流分量在d轴、q轴上表现为2倍ωs频率分量，因此负序分量在所建的动态向量模型中对应k＝2的分量；
而短路电流中次同步分量在dq0坐标系下表现为频率为
Figure FDA0002589324310000011
的分量，其中
Figure FDA0002589324310000012
C为线路串补电容的大小，Ti为转子侧变流器电流PI环节的等效时间常数；因此次同步分量在所建的动态向量模型中对应
Figure FDA0002589324310000013
的分量；
双馈风电机组动态向量模型中系数的选取如下：
当故障类型为对称短路时，包含的短路电流分量为正序电流分量，短路电流分量对应的动态向量模型分量的系数为<is,dq>0，其中is,dq是定子电流；
当故障类型为不对称短路时，包含的短路电流分量为正序电流分量、负序电流分量，短路电流分量对应的动态向量模型分量的系数为<is,dq>0，<is,dq>2，其中is,dq是定子电流；
当故障类型为对称短路且发生次同步震荡时，包含的短路电流分量为正序电流分量、次同步电流分量，短路电流分量对应的动态向量模型分量的系数为<is,dq>0，
Figure FDA0002589324310000021
其中is,dq是定子电流；
当故障类型为不对称短路且发生次同步震荡时，包含的短路电流分量为正序电流分量、负序电流分量、次同步电流分量，短路电流分量对应的动态向量模型分量的系数为<is,dq>0，<is,dq>2，
Figure FDA0002589324310000022
其中is,dq是定子电流。
2.如权利要求1所述的一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法，其特征在于：所述的步骤一的具体步骤为：当τ∈(t-T,t]范围内时，一个频率为kωs的实系数周期函数x(τ)可采用平均向量算法通过傅里叶分解得到一个近似相等的动态向量模型：
Figure FDA0002589324310000023
当ωs＝2π/T时，<x>k(t)是k阶傅里叶分量的平均系数，由傅里叶分解原理可知平均系数<x>k(t)等于：
Figure FDA0002589324310000024
3.如权利要求1所述的一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法，其特征在于：所述的步骤二具体步骤为：定子磁链方程转换为：
Figure FDA0002589324310000025
其中
Figure FDA0002589324310000026
为定子磁链ψs,dq的k阶傅里叶分量，
Figure FDA0002589324310000027
Figure FDA0002589324310000028
分别为定子电流is,dq、转子电流ir,dq的k阶傅里叶分量；Ls、Lm分别为定子电抗、互感电抗；
定子电压方程转换为：
Figure FDA0002589324310000029
其中
Figure FDA00025893243100000210
为定子电压Vs,dq的k阶傅里叶分量，Rs为定子电阻，J为d、q轴方程对应系数；
转子磁链方程转换为：
Figure FDA0002589324310000031
其中
Figure FDA0002589324310000032
为转子磁链ψr,dq的k阶傅里叶分量，Lr、Lm分别为转子电抗、互感电抗；
转子电压方程转换为：
Figure FDA0002589324310000033
其中
Figure FDA0002589324310000034
为转子电压Vr,dq的k阶傅里叶分量，Rr为转子电阻，s为定转子转差率；
直流母线平衡方程转换为：
Figure FDA0002589324310000035
其中
Figure FDA0002589324310000036
为直流母线电压Vdc的k阶傅里叶分量；mr,d、mr,q为转子变流器的d、q轴控制回路调制比；mg,d、mg,q分别为网侧流器的d、q轴控制回路调制比；ig,d、ig,q为网侧电流的d、q轴分量，ir,d、ir,q为转子侧电流的d、q轴分量；C为直流母线电容的大小；
转子侧变流器的电流PI控制环节方程转换为：
Figure FDA0002589324310000037
Figure FDA0002589324310000038
Figure FDA0002589324310000039
Figure FDA00025893243100000310
其中
Figure FDA00025893243100000311
为转子d轴电流PI控制环节中间量xr,d的k阶傅里叶分量，
Figure FDA00025893243100000312
为转子q轴电流PI控制环节中间量xr,q的k阶傅里叶分量；Ps *是有功功率的参考值，Ps是有功功率的实际值；对应的
Figure FDA0002589324310000041
表示无功功率参考值，Qs表示无功功率实际值；
Figure FDA0002589324310000042
表示PI环节中有功外环的积分系数，
Figure FDA0002589324310000043
表示PI环节中无功外环的积分系数；
Figure FDA0002589324310000044
表示PI环节中有功外环的比例系数，
Figure FDA0002589324310000045
表示PI环节中无功外环的比例系数；
网侧变流器的电流PI控制环节方程转换为：
Figure FDA0002589324310000046
Figure FDA0002589324310000047
Figure FDA0002589324310000048
Figure FDA0002589324310000049
其中
Figure FDA00025893243100000410
为网侧d轴电流PI控制环节中间量xg,d的k阶傅里叶分量，
Figure FDA00025893243100000411
为网侧q轴电流PI控制环节中间量xg,q的k阶傅里叶分量；
Figure FDA00025893243100000412
表示直流母线电压参考值，Vdc表示直流母线电压实际值；
Figure FDA00025893243100000413
表示网侧电流参考值，ig,q表示网侧电流实际值；
Figure FDA00025893243100000414
表示PI环节中直流母线电压外环的积分系数，
Figure FDA00025893243100000415
表示PI环节中网侧电流外环的积分系数；
Figure FDA00025893243100000416
表示PI环节中直流母线电压外环的比例系数，
Figure FDA00025893243100000417
表示PI环节中网侧电流外环的比例系数；
送出线路的动态向量模型为：
Figure FDA00025893243100000418
Figure FDA00025893243100000419
Figure FDA00025893243100000420
Figure FDA00025893243100000421
其中Lline、Rline、Cline分别为送出线的电抗、电阻、串补电容，vs,d、vs,q为送出线始端电压的d、q轴分量，vc,d、vc,q为串补电容上电压的d、q轴分量，vb,d、vb,q为送出线末端电压的d、q轴分量，id、iq为送出线电流的d、q轴分量；
将上述dq坐标系下双馈风电机组各环节的数学模型，转换为动态向量模型，进而得到整体双馈风电机组的动态向量模型。
4.如权利要求1所述的一种双馈风电机组短路电流计算的动态向量模型建立方法，其特征在于：所述的步骤四中具体步骤为：
选取0阶向量模型分量
Figure FDA0002589324310000051
和对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0建立双馈风电机组对称短路时的向量模型，计算对称短路时双馈风电机组的短路电流；
选取0阶向量模型分量
Figure FDA0002589324310000052
以及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0和选取2阶向量模型分量
Figure FDA0002589324310000053
及其对应的步骤三中的2阶向量系数<is,dq>2建立双馈风电机组不对称短路时的向量模型，计算不对称短路时双馈风电机组短路电流中的正、负序分量；
选取0阶向量模型分量
Figure FDA0002589324310000054
及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0和选取
Figure FDA0002589324310000055
阶向量模型分量
Figure FDA0002589324310000056
及其对应的步骤三中的
Figure FDA0002589324310000057
阶向量系数
Figure FDA0002589324310000058
建立双馈风电机组对称短路且发生次同步震荡时的向量模型，计算双馈风电机组短路电流中的正序分量和次同步分量；
选取0阶向量模型分量
Figure FDA0002589324310000059
及其对应的步骤三中的0阶向量系数<is,dq>0、选取2阶向量模型分量
Figure FDA00025893243100000510
及其对应的步骤三中的2阶向量系数<is,dq>2，选取
Figure FDA00025893243100000511
阶向量模型分量
Figure FDA00025893243100000512
及其对应的步骤三中的
Figure FDA00025893243100000513
阶向量系数
Figure FDA00025893243100000514
建立双馈风电机组不对称短路且发生次同步震荡时的向量模型，计算双馈风电机组短路电流的正序分量、负序分量和次同步分量。
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