CN108494006A - 计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计及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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
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，本发明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，本发明采用的技术方案是：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。
本发明考虑了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为本发明实施例中某DFIG风电场结构图；
图2为本发明应用例中含Crowbar的双馈风机结构图；
图3为本发明实施例中Crowbar动作区域曲线绘制流程图；
图4为本发明应用例中某双馈风机Crowbar动作区域曲线图；
图5为本发明应用例中DFIG风电场等效模型图；
图6为本发明应用例中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为本发明应用例中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为本发明应用例中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为本发明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发明作进一步说明。
如图1所示的DFIG风电场，本发明实施例的一种计及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风电场风速分布表
t＝0时，在风电场机端设置A、B两相相间故障，通过设置不同的接地电阻使得机端电压分别跌落至0.2pu、0.68pu和0.80pu。当机端电压跌落至0.2pu时，风电场中所有双馈风机的Crowbar均发生动作；然而当机端电压跌落至0.8pu时，风电场中所有双馈风机的Crowbar均不发生动作。在这两种情况下，风电场可以分别被等值为单台含带Crowbar的双馈风机和单台不含Crowbar的双馈风机，从而计算风电场的短路电流，其中A相的短路电流如图6和7所示。由比较结果可知，风电场短路电流的计算结果与仿真结果基本一致。当机端电压跌落至0.68pu时，只有部分双馈风机的Crowbar会发生动作。因此，风电场需要被等值为两台等效机组来计算其短路电流，结果如图8所示。此外，该风电场也被等值为单台机组来计算它的短路电流，从而显示这两种计算方法的不同之处。可以看出当机端电压跌落至0.68pu时，等值为两台机组的风电场短路电流计算结果相较于等值为一台机组的计算结果来说，更接近于仿真结果。
在A、B两相相间故障下，不同电压跌落情况时，冲击电流计算值与仿真值的比较如表3所示。
表3不对称故障下不同电压跌落时的冲击电流比较
分析表3可知，当风电场中所有风机的Crowbar均动作或均不动作时，风电场可等值为单台机组来计算其短路电流，误差很小。然而，当风电场中只有部分机组的Crowbar动作时，等值为两台机组的风电场短路电流计算值相对于等值为单台机组的来说，误差要小很多，表明本发明所提出的计及Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流计算方法有更高的准确性。
t＝0时，在风电场机端设置三相对称故障，机端电压跌落至0.68pu。分析过程与不对称故障情况时相同，风电场被等值为两台机组来计算其短路电流。A相短路电流的计算值与仿真值比较结果如图9所示，它们的冲击电流如表4所示。
表4对称故障下的冲击电流比较
| 仿真量/pu | 计算量/pu | 绝对误差/pu | 相对误差/％ | |
| 冲击电流 | 2.323 | 2.340 | 0.017 | 0.732 |
由图9和表4可见，短路电流的计算结果与仿真结果在对称故障下也较为一致，表明本发明所提的DFIG风电场短路电流计算方法不仅适用于不对称故障，而且适用于对称故障。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，并不能因此理解为对本发明保护范围的限制，也并非对本发明的结构作任何形式上的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
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。
3.根据权利要求1或2所述的DFIG风电场短路电流方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的DFIG风电场短路电流方法，其特征在于，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
5.根据权利要求4所述的DFIG风电场短路电流方法，其特征在于，若Crowbar保护不动作，则：
Ir＝Ir,ref。
式中，Ir,ref为转子电流指令值。
6.根据权利要求5所述的DFIG风电场短路电流方法，其特征在于，若故障为对称故障，则负序分量为零。
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| CN109444737A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-03-08 | 昆明理工大学 | 一种计及撬棒保护动作时间的双馈风机三相短路电流的解析方法 |
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| CN107918695A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-04-17 | 国家电网公司 | 计及撬棒动作的双馈风电机组短路电流计算方法 |
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2018
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