CN109740906B - 一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法 - Google Patents

一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法 Download PDF

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CN109740906B CN201811605891.8A CN201811605891A CN109740906B CN 109740906 B CN109740906 B CN 109740906B CN 201811605891 A CN201811605891 A CN 201811605891A CN 109740906 B CN109740906 B CN 109740906B
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Abstract

本发明公开了一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法。该方法包括：通过先计算不含风力双馈发电机即理想情况下短路电流和各节点电压，求解出双馈发电机节点三相电压下降的系数；之后计算故障瞬时的定子初始磁链的值、故障瞬时转子磁链的值，计算定、转子的电磁衰减时间常数；再根据短路类型分别计算对称故障及不对称故障下的短路电流。本发明在含双馈风力发电机的配电网发生短路故障后，本发明提供的短路电流计算方法得出的短路电流值合理准确，且可信性高。

Description

一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法。
背景技术
风能作为一种清洁能源，它的开发和利用已逐渐成为当今社会的研究重点。针对风电容量接入传统电网的并网条件、运行与控制理论、紧急故障处理方式等课题正被学者们所关注。
以风力机为原动机的发电方式是一种不同于利用汽轮机或水轮机作为原动机的新型发电方式，随着容量的不断增加，风电并入传统电网必将呈现新的问题。总的来看，大规模风电并入网络对系统产生影响的原因可以总结为以下两个方面：一方面，单台风力发电机组的输出功率较小(目前一般是兆瓦级)，为了达到像汽轮机那样数百兆瓦的输出功率，往往将数百台风力发电机组集中互联，形成具有较大地理分布面积的风力发电场；另一方面，风电机组一般具有特殊的运行控制策略，使得它的功率输出外特性会随着自然环境的改变而发生变化，风电机组并入电网后改变了原电网的功率分布格局，原电网中同步发电机的输出功率发生变化，重新构成的电网应对各种干扰或紧急故障的能力也随之发生改变。
由于自然界风速是随机非匀速的，并且风力发电机的暂态特性与稳态特性与理想电力系统中所安装的同步发电机均有不可忽视的差异。含风力发电机的配电网与理想配电网的稳态潮流、电磁暂态变化均有一定的不同，进而造成短路电流求解的算法也不相同。在由双馈感应风力发电机(DFIG，Doubly fed Induction Generator)构成的风力配电网中，双馈电机的定子绕组和外部三相电力网络相连接，它的转子励磁绕组通过电力电子转换器间接地和外部三相电力网络相连接。所以在电网发生短路时，双馈发电机的运行性能会发生很大的变化，故障导致的过电压可能会损坏变流器中的功率开关器件。它的短路电流数据也与理想情况大不相同，所以研究含双馈风力发电机的配电网短路电流的求解十分必要。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案，
一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，包括以下步骤：
S1：输入短路类型、短路位置、安装双馈风力发电机的节点以及所述双馈风力发电机的基本参数；
S2：计算在不含所述双馈风力发电机时的短路电流和各节点电压，并求解出所述双馈风力发电机节点三相电压下降的系数λA、λB和λC；
S3：计算故障瞬时的定子磁链的值
Figure BDA0001923557410000021
计算故障瞬时的转子磁链的值
Figure BDA0001923557410000022
分别计算定子的电磁衰减常数Ts、和转子的电磁衰减常数Tr；
S4：当所述含双馈风力发电机的配电网发生短路故障时，判断所述短路故障的类型是否为对称故障；当判定结果为是时，执行步骤S5；当判定结果为否时，执行步骤S8；
S5：计算对称故障发生后的定子磁链的暂态量的起始值
Figure BDA0001923557410000023
和对称故障发生后的定子磁链稳态分量
Figure BDA0001923557410000024
S6：根据步骤S5计算的起始值
Figure BDA0001923557410000025
和定子磁链稳态分量
Figure BDA0001923557410000026
计算对称故障发生后的定子磁链
Figure BDA0001923557410000027
S7：计算对称故障发生后的转子磁链
Figure BDA0001923557410000028
并执行步骤S13；
S8：根据双馈风力发电机节点三相电压下降的系数λA、λB和λC计算定子正序电压
Figure BDA0001923557410000029
和定子负序电压
Figure BDA00019235574100000210
S9：根据步骤S8计算的计算定子正序电压
Figure BDA00019235574100000211
和定子负序电压
Figure BDA00019235574100000212
计算所述正序电压
Figure BDA00019235574100000213
对应的定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000214
和所述负序电压
Figure BDA00019235574100000215
对应的定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000216
S10：根据计算定子绕组中的暂态分量初始幅值
Figure BDA00019235574100000217
S11：计算不对称故障发生后的定子磁链
Figure BDA00019235574100000218
S12：计算不对称故障发生后的转子磁链
Figure BDA00019235574100000219
S13：根据定子磁链以及转子磁链，计算所述含双馈风力发电机的配电网发生短路故障后的短路电流
Figure BDA0001923557410000031
所述短路电流
Figure BDA0001923557410000032
为双馈风力发电机的定子电流
Figure BDA0001923557410000033
进一步地，步骤S3中的所述计算故障瞬时的定子初始磁链的值
Figure BDA0001923557410000034
具体包括：
根据定子磁链关系式(6)，计算故障瞬时的定子初始磁链的值
Figure BDA0001923557410000035
Figure BDA0001923557410000036
其中，
Figure BDA0001923557410000037
为双馈电机定子电压空间矢量，
Figure BDA0001923557410000038
在稳态工作时表示为：
Figure BDA0001923557410000039
δ为A相电压的初相位，ωs为同步角速度；
步骤S3中的所述计算故障瞬时的转子磁链的值
Figure BDA00019235574100000310
具体包括：
根据转子磁链的关系式(12)，计算故障瞬时的转子磁链的值
Figure BDA00019235574100000311
Figure BDA00019235574100000312
其中，Lr为转子绕组自感，Lm为励磁绕组电感，Lsσ为定子绕组漏感。
进一步地，步骤S5具体包括：
根据式(10)，计算短路故障发生后的定子磁链的暂态部分的起始值
Figure BDA00019235574100000313
和短路故障后的定子磁链稳态分量
Figure BDA00019235574100000317
Figure BDA00019235574100000315
其中，λ为跌落系数。
进一步地，步骤S6具体包括：
根据式(9)计算对称故障发生后的定子磁链
Figure BDA00019235574100000316
Figure BDA0001923557410000041
其中，Ts为定子衰减常数，
Figure BDA0001923557410000042
为定子磁链短路后的稳态分量，
Figure BDA0001923557410000043
为暂态量。
进一步地，步骤S7中的所述计算对称故障发生后的转子磁链
Figure BDA00019235574100000417
具体包括：
根据式(13)计算对称故障发生后的转子磁链
Figure BDA0001923557410000044
Figure BDA0001923557410000045
Figure BDA0001923557410000046
转子磁链初始幅值与瞬时的转子磁链的值
Figure BDA0001923557410000047
相同，
其中，Tr为转子绕组暂态分量的衰减常数，满足
Figure BDA0001923557410000048
转子绕组电感和电阻的比值。
进一步地，步骤S8具体包括：
根据式(18)求解定子正序电压
Figure BDA0001923557410000049
和负序电压
Figure BDA00019235574100000410
Figure BDA00019235574100000411
进一步地，步骤S9具体包括：
根据式(20)计算所述正序电压
Figure BDA00019235574100000412
对应的定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000413
和负序电压
Figure BDA00019235574100000414
对应的定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000415
Figure BDA00019235574100000416
以及步骤S10具体包括：根据式(20)计算定子绕组中的暂态分量初始幅值
Figure BDA0001923557410000051
进一步地，步骤S11具体包括：
根据式(19)求解不对称故障发生后的定子磁链
Figure BDA0001923557410000052
Figure BDA0001923557410000053
其中，
Figure BDA0001923557410000054
为定子磁链稳态部分，
Figure BDA0001923557410000055
定子磁链稳态部分，
Figure BDA0001923557410000056
为暂态分量初始幅值。
进一步地，步骤S12具体包括：
根据式(13)求解不对称故障发生后的转子磁链
Figure BDA0001923557410000057
Figure BDA0001923557410000058
其中，
Figure BDA0001923557410000059
为转子磁链初始幅值。
进一步地，根据短路电流根据式(3)计算得到，
Figure BDA00019235574100000510
其中，L's为定子绕组暂态电感，L'r为转子绕组暂态电感。λr和λs分别为定子和转子绕组的耦合系数，ψs为定子磁链，ψr为转子磁链，is为定子电流和ir为转子电流；
对称故障时，所述短路电流包括：短路后定子磁链的稳态部分所对应的周期电流分量
Figure BDA00019235574100000511
短路后产生的定子暂态磁链所对应的非周期电流分量
Figure BDA00019235574100000512
以及短路后产生的转子暂态磁链所对应的非周期电流分量
Figure BDA00019235574100000513
不对称故障时，所述短路电流包括：短路后定子磁链的正序分量对应的周期电流分量
Figure BDA00019235574100000514
短路后定子磁链的负序分量对应的周期电流分量
Figure BDA00019235574100000515
短路后定子磁链的直流暂态分量对应的衰减非周期电流分量
Figure BDA00019235574100000516
短路后转子磁链的直流暂态分量对应的衰减非周期电流分量
Figure BDA00019235574100000517
本发明的有益效果：
本发明提供的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，在常规电力网络短路计算的基础之上，通过先计算不含风力双馈发电机即理想情况下的短路电流和各节点电压，求解出双馈发电机节点三相电压下降的系数，进而通过计算故障瞬时的定子初始磁链的值、故障瞬时的转子磁链的值，计算定、转子的电磁衰减时间常数，再根据短路类型分别计算对称故障及不对称故障下的短路电流。具体地，若为对称短路，则求解短路故障发生后定子磁链的暂态部分的起始值和短路故障后定子磁链稳态分量，再求解短路故障后定子磁链和短路故障后转子磁链，最后计算出定子电流即为短路电流的过程；若为不对称故障，则利用对称分量法求解定子正序电压和负序电压，再求解正序电压所对应的定子磁链稳态部分和负序电压所对应的定子磁链稳态部分，进而求解定子绕组中的暂态分量初始幅值，进而求解短路故障后定子磁链和转子磁链，最后计算出不对称故障时定子电流即为短路电流的过程。经验证，在含双馈风力发电机的配电网发生短路故障后，本发明提供的短路电流计算方法得出的短路电流值合理准确，且可信性高。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法的示意流程图；
图2示出了本发明的一个实施例的IEEE-30节点模型的网络接线示意图；
图3a示出了IEEE-30节点模型发生三相对称短路时的短路电流曲线示意图；
图3b示出了IEEE-30节点模型发生三相不对称短路时的短路电流曲线示意图；
图4a示出了IEEE-30节点模型发生三相对称短路时在5m/s风速下的短路电流曲线示意图；
图4b示出了IEEE-30节点模型发生三相对称短路时在24m/s风速下的的短路电流曲线示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，包括以下步骤：
S1：输入短路类型、短路位置、安装双馈风力发电机的节点以及所述双馈风力发电机的基本参数；
S2：计算在不含所述双馈风力发电机时的短路电流和各节点电压，并求解出所述双馈风力发电机节点三相电压下降的系数λA、λB和λC；λ＝(us-usf)/us，Us为双馈电机定子电压，usf为短路后的电压稳态幅值。计算不含风力双馈发电机即理想情况下的该点发生短路时的短路电流
Figure BDA0001923557410000071
和各节点电压
Figure BDA0001923557410000072
其中f表示短路点，
Figure BDA0001923557410000073
表示短路前f点的电压，可设幅值的标幺值为1，Zf为f点的对地阻抗，Zff为网络阻抗矩阵Z中f点的自阻抗，
Figure BDA0001923557410000074
表示f点短路电压的故障分量。若假设短路为金属性短路，一般短路阻抗Zf也可忽略不计。求解出双馈发电机节点三相电压下降的系数λA、λB和λC；发生短路故障后，定子侧的电压将会跌落，跌落的值一般可近似假设为理想情况下发生短路后求得的电压稳态幅值为usf。跌落系数λ定义为，λ＝(us-usf)/us；一般当电网发生三相短路时，因为电网三相仍然对称，故定子绕组A、B、C三相电压的跌落系数一样，即λA＝λB＝λC。发生不对称短路时，定子绕组A、B、C三相电压的跌落系数不一样，它们的暂态过程也不相同。
S3：计算故障瞬时的定子初始磁链的值
Figure BDA0001923557410000075
计算故障瞬时的转子磁链的值
Figure BDA0001923557410000076
以及分别计算定子的电磁衰减时间常数Ts、转子的电磁衰减时间常数Tr；Ts为定子绕组暂态分量的衰减常数，满足Ts＝L’s/Rs，定子绕组暂态电感和电阻之比。Tr为转子绕组暂态分量的衰减常数，满足
Figure BDA0001923557410000081
转子绕组暂态电感和电阻之比。
根据定子磁链关系式
Figure BDA0001923557410000082
计算故障瞬时的定子初始磁链的值
Figure BDA0001923557410000083
其中，
Figure BDA0001923557410000084
为双馈电机定子电压空间矢量，在稳态工作时可表示为，
Figure BDA0001923557410000085
δ为A相电压的初相位，ωs为同步角速度。
根据转子磁链的关系式
Figure BDA0001923557410000086
求解故障瞬时转子磁链的值
Figure BDA0001923557410000087
其中，电网发生三相短路后，电网中电流会增大，发电机定子侧电流也增大，双馈发电机定子和转子通过转换器连接在一起，转子侧也会出现大电流。DFIG的暂态电压方程为
Figure BDA0001923557410000088
Figure BDA0001923557410000089
Figure BDA00019235574100000810
为定子磁链，
Figure BDA00019235574100000811
为转子磁链。
S4：当所述含双馈风力发电机的配电网发生短路故障时，判断所述短路故障的类型是否为对称故障；当判定结果为是时，执行步骤S5；当判定结果为否时，执行步骤S8；
S5：根据公式
Figure BDA00019235574100000812
计算对称故障发生后的定子磁链的暂态部分的起始值
Figure BDA00019235574100000813
和对称故障发生后的定子磁链稳态分量
Figure BDA00019235574100000814
S6：根据S5的结果代入
Figure BDA00019235574100000815
计算对称故障发生后的定子磁链
Figure BDA0001923557410000091
其中，Ts为衰减常数，
Figure BDA0001923557410000092
为定子磁链短路后的稳态量，
Figure BDA0001923557410000093
为暂态量。
S7：根据
Figure BDA0001923557410000094
计算对称故障发生后的转子磁链
Figure BDA0001923557410000095
其中Tr为转子绕组暂态分量的衰减常数，满足
Figure BDA0001923557410000096
并执行步骤S13；
S8：根据步骤S2中计算的三相电压下降的系数λA、λB和λC，根据
Figure BDA0001923557410000097
计算定子正序电压
Figure BDA0001923557410000098
和负序电压
Figure BDA0001923557410000099
S9：根据步骤8计算的定子正序电压
Figure BDA00019235574100000910
和负序电压
Figure BDA00019235574100000911
采用式
Figure BDA00019235574100000912
计算所述正序电压
Figure BDA00019235574100000913
对应的定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000914
和所述负序电压
Figure BDA00019235574100000915
对应的定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000916
S10：根据步骤9计算的定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000917
和定子磁链稳态部分
Figure BDA00019235574100000918
采用式
Figure BDA0001923557410000101
计算定子绕组中的暂态分量初始幅值
Figure BDA0001923557410000102
S11：根据步骤S9和步骤S10的计算结果，采用式
Figure BDA0001923557410000103
计算不对称故障发生后的定子磁链
Figure BDA0001923557410000104
S12：根据
Figure BDA0001923557410000105
计算不对称故障发生后的转子磁链
Figure BDA0001923557410000106
S13：根据
Figure BDA0001923557410000107
计算所述含双馈风力发电机的配电网发生短路故障后的短路电流
Figure BDA0001923557410000108
所述短路电流
Figure BDA0001923557410000109
为双馈风力发电机的定子电流
Figure BDA00019235574100001010
其中，L’s为定子绕组暂态电感，L’r为转子绕组暂态电感。λr和λs分别为定子和转子绕组的耦合系数。λr和λs分别为定子和转子绕组的耦合系数。满足如下关系式，
Figure BDA00019235574100001011
本发明提供的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，在常规电力网络短路计算的基础之上，通过先计算不含风力双馈发电机即理想情况下的短路电流和各节点电压，求解出双馈发电机节点三相电压下降的系数，进而通过计算故障瞬时的定子初始磁链的值、故障瞬时的转子磁链的值，计算定、转子的电磁衰减时间常数，再根据短路类型分别计算对称故障及不对称故障下的短路电流。具体地，若为对称短路，则求解短路故障发生后定子磁链的暂态部分的起始值和短路故障后定子磁链稳态分量，再求解短路故障后定子磁链和短路故障后转子磁链，最后计算出定子电流即为短路电流的过程；若为不对称故障，则利用对称分量法求解定子正序电压和负序电压，再求解正序电压所对应的定子磁链稳态部分和负序电压所对应的定子磁链稳态部分，进而求解定子绕组中的暂态分量初始幅值，进而求解短路故障后定子磁链和转子磁链，最后计算出不对称故障时定子电流即为短路电流的过程。经验证，在含双馈风力发电机的配电网发生短路故障后，本发明提供的短路电流计算方法得出的短路电流值合理准确，且可信性高。
本发明对于双馈风力发电机的暂态过程描述如下：
磁链方程一般为
Figure BDA0001923557410000111
其中，Lr为转子绕组的自感，Lm为励磁绕组电感，Ls为定子绕组的自感。满足Ls＝Lm+Lsσ和Lr＝Lm+Lrσ。Lsσ和Lrσ分别表示定子绕组和转子绕组的漏感。对(1)进行化简，有：
Figure BDA0001923557410000112
其中，ψs为定子磁链，ψr为转子磁链。由(2)可反解出定子电流is和转子电流ir，得：
Figure BDA0001923557410000113
其中，L's为定子绕组暂态电感，L'r为转子绕组暂态电感。λr和λs分别为定子和转子绕组的耦合系数。满足如下关系式：
Figure BDA0001923557410000121
双馈风力发电机定子电压空间矢量
Figure BDA0001923557410000122
在稳态工作时可表示为：
Figure BDA0001923557410000123
其中，δ为A的相电压的初相位，ωs为同步角速度。那么短路之前的定子磁链为(设发生短路的时刻为t＝0)：
Figure BDA0001923557410000124
发生短路故障后，定子侧的电压将会跌落。具体跌落的值可近似假设为理想情况下发生短路后求得的电压稳态幅值，设为usf。定义跌落系数λ为：
λ＝(us-usf)/us (7)
当电网发生三相短路时，因为电网三相仍然对称，故定子绕组A、B、C三相电压的跌落系数一样，即λA＝λB＝λC。发生不对称短路时，定子绕组A、B、C三相电压的跌落系数不一样。因此，它们的暂态过程并不一样。
对于对称故障的情景，三相短路时短路电流求解的具体过程为：
设t＝0时，电力系统中发生三相短路，则DFIG定子侧电压变为：
Figure BDA0001923557410000125
因为DFIG定子侧电压降落会迫使定子磁链减少，但是磁链不能发生突变，故定子磁链必会产生暂态直流分量以抵消稳态定子磁链下降的量。因为定子电阻的原因，该暂态量最终为衰减为0。所以根据磁链守恒定理，可推导出三相短路后定子磁链的关系式为:
Figure BDA0001923557410000126
其中，Ts为衰减常数，
Figure BDA0001923557410000131
为定子磁链短路后的稳态量，
Figure BDA0001923557410000132
为暂态量。它们满足如下关系式：
Figure BDA0001923557410000133
电网发生三相短路后，电网中电流会增大，发电机定子侧电流也增大，因为双馈发电机定子和转子通过转换器连接在一起，转子侧也会出现大电流。由DFIG暂态等效电路知它的暂态电压方程为：
Figure BDA0001923557410000134
其中，ωr表示转子电角速度。联立(2)式和(11)式可以推导出转子磁链的关系式为：
Figure BDA0001923557410000135
则短路后的转子磁链为：
Figure BDA0001923557410000136
其中，Tr为转子绕组暂态分量的衰减常数，满足
Figure BDA0001923557410000137
将(13)和(9)代入(3)求出转子暂态电流为：
Figure BDA0001923557410000138
三相短路后双馈感应发电机的定子电流由三个分量构成：
(1)短路后定子磁链的稳态部分所对应的周期电流分量
Figure BDA0001923557410000139
(2)短路后产生的定子暂态磁链所对应的非周期电流分量
Figure BDA00019235574100001310
(3)短路后产生的转子暂态磁链所对应的非周期电流分量
Figure BDA0001923557410000141
由公式(10)推出：
Figure BDA0001923557410000142
Figure BDA0001923557410000143
短路电流:
Figure BDA0001923557410000144
短路电流表达式为：
Figure BDA0001923557410000145
对于不对称故障不对称短路时短路电流计算过程：
发生不对称短路后，电力系统三相电压的下降程度并不一致，产生负序分量和零序分量。设发生短路故障后A、B、C三相的电压跌落系数分别为λA、λB和λC，由定义推出定子三相电压为：
Figure BDA0001923557410000146
设
Figure BDA0001923557410000147
为故障后定子电压的零序分量，
Figure BDA0001923557410000148
为故障后定子电压的正序分量，
Figure BDA0001923557410000149
故障后定子电压的负序分量。设发电机与变压器均为Y形连接且不接地，电流零序分量不能流通，故可忽略零序电压分量的影响。因为负序电压产生的磁场与同步转速方向相反，故转动速度为-ωs。可将定子电压分解为正序分量和负序分量，关系式如下：
Figure BDA00019235574100001410
由对称分量法和式(16)可求得三序电压分量为:
Figure BDA00019235574100001411
因为正序电压分量和负序电压分量的和小于原电压，由磁链守恒原理知，定子磁链也会产生衰减的直流暂态分量以维持磁链初始值。所以可以推出当电力系统发生不对称短路后DFIG定子磁链的关系式为：
Figure BDA0001923557410000151
其中，
Figure BDA0001923557410000152
分别为DFIG定子磁链的正序分量、负序分量和暂态分量。
它们的计算公示为：
Figure BDA0001923557410000153
将(13)和(19)代入(3)求得转子暂态电流为：
Figure BDA0001923557410000154
类比DFIG三相短路时短路电流的求解过程，它在不对称短路时的短路电流主要有以下四个分量：
(1)短路后定子磁链的正序分量对应的周期电流分量
Figure BDA0001923557410000155
(2)短路后定子磁链的负序分量对应的周期电流分量
Figure BDA0001923557410000156
(3)短路后定子磁链的直流暂态分量对应的衰减非周期电流分量
Figure BDA0001923557410000157
(4)短路后转子磁链的直流暂态分量对应的衰减非周期电流分量
Figure BDA0001923557410000158
由式(20)推出，
Figure BDA0001923557410000159
Figure BDA00019235574100001510
所以，短路电流关系式为:
Figure BDA00019235574100001511
具体实施例中，以IEEE-30节点模型为例验证本发明方法的合理性，其网络接线图如图2所示。
按照本发明提供的一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，执行以下步骤。
分别输入IEEE-30节点电力网络模型的原始数据，包括支路参数、负荷及常规发电机组的参数等。同时输入双馈风力发电机的参数，包括定子电阻、定子漏感、转子电阻、转子漏感和励磁电感的标幺值。双馈风力发电机的具体参数标幺值如表1所示。
表1双馈风力发电机的参数(标幺值)
Figure BDA0001923557410000161
设置安装双馈风力发电机的节点号和双馈风力发电机并网个数，本发明假设风速恒定，所以输入的风速为定值。确定短路的形式，如短路位置、短路类型和短路求解算法类型。短路位置包括节点短路和线路短路两种方式，短路类型包括三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路等，短路求解算法为已求解潮流法和IEC909法。其中IEC909法的简化条件为：①变压器变比设为1.0；②线路充电电容在所有相序图中均为0；③节点的电压幅值为1.0(标幺值)，相角为0。
发生短路故障后，首先计算在理想情况下的短路电流和各节点电压，即不含双馈风力发电机组的情况，从而求解出双馈发电机所连节点的A、B、C三相电压下降的系数λA、λB和λC，再根据所述的双馈电机的暂态过程和短路电流求解方法来计算短路电流，短路电流求解过程中需注意是否为对称短路形式。
短路电流表达式为式(15)或(22)，即通过求解短路后的定子磁链和转子磁链来确定短路电流，最后输出短路电流波形。调整风速、短路形式等参数，得到的短路电流结果。
(1)短路类型的影响
设置风速为12m/s，安装双馈发电机的节点为15，双馈风力发电机并网数为30个，短路位置是节点12，短路求解算法为已求解潮流法，短路类型为对称短路或不对称短路(单相接地)两种。即除了短路类型不同外，其他初始条件均保持一样。得到的结果如图3a和图3b所示。从图3a和图3b可以得到结论：含双馈风力发电机的电网在对称短路时的峰值电流更大，到达峰值电流的时间更短，稳态周期分量更小。
(2)风速的影响
设置安装双馈发电机的节点为15，双馈风力发电机并网数为30，短路位置是节点12，短路求解算法为已求解潮流法，短路类型为对称短路，风速为5m/s和24m/s，即除了风速不同外，其他初始条件均保持一样。运行结果如图4a和图4b所示。由图4可知，风速越高，电力系统短路后的暂态时间越长，峰值电流越大，稳态电流越小。实例的仿真结果证实了本发明的可信性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等。

Claims (10)

1.一种含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：输入短路类型、短路位置、安装双馈风力发电机的节点以及所述双馈风力发电机的基本参数；
S2：计算在不含所述双馈风力发电机时的短路电流和各节点电压，并求解出所述双馈风力发电机节点三相电压下降的系数λA、λB和λC；
S3：计算故障瞬时的定子磁链的值
Figure FDA0001923557400000011
计算故障瞬时的转子磁链的值
Figure FDA0001923557400000012
分别计算定子的电磁衰减常数Ts、和转子的电磁衰减常数Tr；
S4：当所述含双馈风力发电机的配电网发生短路故障时，判断所述短路故障的类型是否为对称故障；当判定结果为是时，执行步骤S5；当判定结果为否时，执行步骤S8；
S5：计算对称故障发生后的定子磁链的暂态量的起始值
Figure FDA0001923557400000013
和对称故障发生后的定子磁链稳态分量
Figure FDA0001923557400000014
S6：根据步骤S5计算的起始值
Figure FDA0001923557400000015
和定子磁链稳态分量
Figure FDA0001923557400000016
计算对称故障发生后的定子磁链
Figure FDA0001923557400000017
S7：计算对称故障发生后的转子磁链
Figure FDA0001923557400000018
并执行步骤S13；
S8：根据双馈风力发电机节点三相电压下降的系数λA、λB和λC计算定子正序电压
Figure FDA0001923557400000019
和定子负序电压
Figure FDA00019235574000000110
S9：根据步骤S8计算的计算定子正序电压
Figure FDA00019235574000000111
和定子负序电压
Figure FDA00019235574000000112
计算所述正序电压
Figure FDA00019235574000000113
对应的定子磁链稳态部分
Figure FDA00019235574000000114
和所述负序电压
Figure FDA00019235574000000115
对应的定子磁链稳态部分
Figure FDA00019235574000000116
S10：根据计算定子绕组中的暂态分量初始幅值
Figure FDA00019235574000000117
S11：计算不对称故障发生后的定子磁链
Figure FDA00019235574000000118
S12：计算不对称故障发生后的转子磁链
Figure FDA00019235574000000119
S13：根据定子磁链以及转子磁链，计算所述含双馈风力发电机的配电网发生短路故障后的短路电流
Figure FDA0001923557400000021
所述短路电流
Figure FDA0001923557400000022
为双馈风力发电机的定子电流
Figure FDA0001923557400000023
2.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S3中的所述计算故障瞬时的定子初始磁链的值
Figure FDA0001923557400000024
具体包括：
根据定子磁链关系式(6)，计算故障瞬时的定子初始磁链的值
Figure FDA0001923557400000025
Figure FDA0001923557400000026
其中，
Figure FDA0001923557400000027
为双馈电机定子电压空间矢量，
Figure FDA0001923557400000028
在稳态工作时表示为：
Figure FDA0001923557400000029
δ为A相电压的初相位，ωs为同步角速度；
步骤S3中的所述计算故障瞬时的转子磁链的值
Figure FDA00019235574000000210
具体包括：
根据转子磁链的关系式(12)，计算故障瞬时的转子磁链的值
Figure FDA00019235574000000211
Figure FDA00019235574000000212
其中，Lr为转子绕组自感，Lm为励磁绕组电感，Lsσ为定子绕组漏感。
3.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
根据式(10)，计算短路故障发生后的定子磁链的暂态部分的起始值
Figure FDA00019235574000000213
和短路故障后的定子磁链稳态分量
Figure FDA00019235574000000214
Figure FDA00019235574000000215
其中，λ为跌落系数。
4.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S6具体包括：
根据式(9)计算对称故障发生后的定子磁链
Figure FDA0001923557400000031
Figure FDA0001923557400000032
其中，Ts为定子衰减常数，
Figure FDA0001923557400000033
为定子磁链短路后的稳态分量，
Figure FDA0001923557400000034
为暂态量。
5.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S7中的所述计算对称故障发生后的转子磁链
Figure FDA0001923557400000035
具体包括：
根据式(13)计算对称故障发生后的转子磁链
Figure FDA0001923557400000036
Figure FDA0001923557400000037
Figure FDA0001923557400000038
转子磁链初始幅值与瞬时的转子磁链的值
Figure FDA0001923557400000039
相同，
其中，Tr为转子绕组暂态分量的衰减常数，满足
Figure FDA00019235574000000310
转子绕组电感和电阻的比值。
6.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S8具体包括：
根据式(18)求解定子正序电压
Figure FDA00019235574000000311
和负序电压
Figure FDA00019235574000000312
Figure FDA00019235574000000313
7.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S9具体包括：
根据式(20)计算所述正序电压
Figure FDA00019235574000000314
对应的定子磁链稳态部分
Figure FDA00019235574000000315
和负序电压
Figure FDA00019235574000000316
对应的定子磁链稳态部分
Figure FDA00019235574000000317
Figure FDA0001923557400000041
以及步骤S10具体包括：根据式(20)计算定子绕组中的暂态分量初始幅值
Figure FDA0001923557400000042
8.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S11具体包括：
根据式(19)求解不对称故障发生后的定子磁链
Figure FDA0001923557400000043
Figure FDA0001923557400000044
其中，
Figure FDA0001923557400000045
为定子磁链稳态部分，
Figure FDA0001923557400000046
定子磁链稳态部分，
Figure FDA0001923557400000047
为暂态分量初始幅值。
9.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，步骤S12具体包括：
根据式(13)求解不对称故障发生后的转子磁链
Figure FDA0001923557400000048
Figure FDA0001923557400000049
其中，
Figure FDA00019235574000000410
为转子磁链初始幅值。
10.根据权利要求1所述的含双馈风力发电机的配电网短路电流计算方法，其特征在于，根据短路电流根据式(3)计算得到，
Figure FDA00019235574000000411
其中，L's为定子绕组暂态电感，L'r为转子绕组暂态电感， λr和λs分别为定子和转子绕组的耦合系数，ψs为定子磁链，ψr为转子磁链，is为定子电流和ir为转子电流；
对称故障时，所述短路电流包括：短路后定子磁链的稳态部分所对应的周期电流分量
Figure FDA0001923557400000051
短路后产生的定子暂态磁链所对应的非周期电流分量
Figure FDA0001923557400000052
以及短路后产生的转子暂态磁链所对应的非周期电流分量
Figure FDA0001923557400000053
不对称故障时，所述短路电流包括：短路后定子磁链的正序分量对应的周期电流分量
Figure FDA0001923557400000054
短路后定子磁链的负序分量对应的周期电流分量
Figure FDA0001923557400000055
短路后定子磁链的直流暂态分量对应的衰减非周期电流分量
Figure FDA0001923557400000056
短路后转子磁链的直流暂态分量对应的衰减非周期电流分量
Figure FDA0001923557400000057
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