CN111211579B - 一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法和装置 - Google Patents

一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法和装置 Download PDF

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CN111211579B CN202010064518.7A CN202010064518A CN111211579B CN 111211579 B CN111211579 B CN 111211579B CN 202010064518 A CN202010064518 A CN 202010064518A CN 111211579 B CN111211579 B CN 111211579B
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Abstract

本申请提供了一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法和装置，涉及电力领域。所述方法包括：传感器检测到电网侧电压达到高电压预设阈值时，向控制器发送断开信号，控制器控制晶闸管断开，以使得转子串限流电阻投入运行；传感器检测到电网侧电压达到额定电压时，向控制器发送闭合信号；控制器控制晶闸管闭合，以使得转子串限流电阻切除运行，实现双馈风电机组高电压穿越。本发明的方案，在电压骤生阶段中将转子串限流电阻投入运行，使其与风机的转子串联，不仅限制了因为电压骤生导致的风机转子过电流，同时也可以向电网侧提供无功支持并且减小转矩的脉动，解决了低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的问题。

Description

一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法和装置
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法和装置。
背景技术
目前在双馈风电机组故障研究领域，对双馈风电机组的研究成果主要分为两类：一类通过优化控制策略提高机组的运行能力，最大化发挥变流器的控制能力；另一类是通过改进硬件电路的拓扑结构保证机组不脱网。
但目前对故障的研究都是只考虑到电压跌落或者骤升的单次故障分析，并没有考虑到低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法和装置，解决了低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的问题。
本发明实施例提供一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法，所述方法应用于双馈风电机组系统，所述双馈风电机组系统包括：风机定子、风机转子、晶闸管、转子串限流电阻、传感器、控制器，所述方法包括：
所述传感器检测到电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，向所述控制器发送断开信号，所述高电压预设阈值为所述电网侧过电压时的电压值；
所述控制器根据所述断开信号，控制所述晶闸管断开，以使得所述转子串限流电阻投入运行；
所述控制器控制所述双馈风电机组，以所述风机转子串联所述转子串限流电阻的运行方式持续运行；
所述传感器检测到电网侧电压达到额定电压时，向所述控制器发送闭合信号；
所述控制器根据所述闭合信号，控制所述晶闸管闭合，以使得所述转子串限流电阻切除运行，实现所述双馈风电机组高电压穿越；
其中，所述转子串限流电阻的阻值依据以下步骤得到：
步骤1：根据电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，所述风机定子的定子总磁链、所述风机转子的感应反电动势，通过转子开路电压公式，计算得到所述定子总磁链的强制分量在所述风机转子的绕组中的感应电动势和所述定子总磁链的自由分量在所述风机转子的绕组中的衰减感应电动势；
步骤2：根据所述感应电动势和所述衰减感应电动势，通过转子电流动态方程和转子电流的解析式，结合所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路，计算得到电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，流过所述风机转子的电流中的交流分量和直流分量，所述交流分量和所述直流分量之和即为所述风机转子的暂态电流；
步骤3：根据所述风机转子的暂态电流，通过约束条件，计算得到转子暂态时间常数；
步骤4：根据所述转子暂态时间常数，通过和定子-转子时间常数公式，计算得到所述转子串限流电阻的阻值。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，按照以下公式确定所述风机定子的定子总磁链的取值：
Figure BDA0002375542580000021
该公式中：
Figure BDA0002375542580000022
为所述风机定子的定子总磁链，m为骤升幅度，ω0为所述电网侧的同步旋转角速度，Us所述风机定子的定子电压，τs为所述风机定子暂态时间常数；
按照以下公式确定所述风机转子的感应反电动势的取值：
Figure BDA0002375542580000023
该公式中：
Figure BDA0002375542580000024
为所述风机转子的感应反电动势，其反应所述风机定子的磁链变化对于所述风机转子电流影响的感应反电动势，Lm为励磁电感，Ls为所述风机定子的全电感，ωr为所述风机转子的转速；
转子开路电压公式为：
Figure BDA0002375542580000031
该公式中：
Figure BDA0002375542580000032
为所述风机转子的开路电压，s＝(ω0-ωr)/ω0为转差率，a＝Lm/Ls为所述励磁电感与所述风机定子的全电感的比值，
Figure BDA0002375542580000033
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述转子电流动态方程为：
Figure BDA0002375542580000034
该式中：
Figure BDA0002375542580000035
为所述风机定子磁链强制分量在转子绕组中的感应电动势，即，所述感应电动势，
Figure BDA0002375542580000036
为所述风机定子磁链自由分量在转子绕组中的衰减感应电动势，即，所述衰减感应电动势，Rrσ为转子瞬态电阻，
Figure BDA0002375542580000037
Lr为所述风机转子的全电感，
Figure BDA0002375542580000038
为转子电流，
Figure BDA0002375542580000039
为转子坐标系下的转子电压；
所述转子电流的解析式为：
Figure BDA00023755425800000310
其中，：
Figure BDA00023755425800000311
是所述风机的转子电流中的交流分量，
Figure BDA00023755425800000312
为所述风机的转子电流中的直流分量。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述约束条件为：
Figure BDA00023755425800000313
该公式中，ira.max为所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值且为对称故障情况下，所述风机转子A相电流的最大值，Ur为所述风机转子的转子电压，τr为所述风机转子暂态时间常数，pu为电网侧电压的标幺值。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述定子-转子时间常数公式为：
τr＝σLr/(Rrsr+Rr)
该式中，Rrsr为所述转子串限流电阻，Rr所述风机转子的电阻。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
按照以下公式确定所述转子瞬态电阻Rrσ的取值：
Figure BDA0002375542580000041
该式中，Rs为所述风机定子的电阻。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路包括：所述感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路、所述衰减感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路、所述转子坐标系下的转子电压与所述风机转子的电阻和全电感组成组成的等效电路。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路，将所述风机的转子电流中的交流分量
Figure BDA0002375542580000042
分解为：
Figure BDA0002375542580000043
该式中，
Figure BDA0002375542580000044
为所述转子坐标系下的转子电压与所述风机转子的电阻和全电感组成组成的等效电路下，角频率sω0产生的所述风机的转子电流分量，
Figure BDA0002375542580000045
为所述感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路下，角频率sω0产生的所述风机的转子电流分量，
Figure BDA0002375542580000046
为所述衰减感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路下，频率为ωr产生的所述风机的转子电流分量；
其中，按照以下公式确定
Figure BDA0002375542580000047
的取值：
Figure BDA0002375542580000048
按照以下公式确定
Figure BDA0002375542580000049
的取值：
Figure BDA0002375542580000051
按照以下公式确定
Figure BDA0002375542580000052
的取值：
Figure BDA0002375542580000053
将所述转子开路电压公式代入所述
Figure BDA0002375542580000054
的取值公式得到角频率sω0的转子电压产生的转子交流分量表达式：
Figure BDA0002375542580000055
将所述转子开路电压公式代入所述
Figure BDA0002375542580000056
的取值公式得到角频率ωr的转子电压产生的转子交流分量表达式：
Figure BDA0002375542580000057
该式中，τ'＝τsτr/(τs+τr)；
由此得到所述风机的转子电流中的交流分量
Figure BDA0002375542580000058
的具体计算公式：
Figure BDA0002375542580000059
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述双馈风电机组系统正常状态时的电路，得到该状态下的所述风机的转子电流稳态值公式：
Figure BDA00023755425800000510
该式中，(0-)表示所述双馈风电机组系统正常状态时刻；
根据守恒定律，以及电感中电流不能突变的原理，得到
Figure BDA00023755425800000515
进而得到所述风机的转子电流自由分量公式：
Figure BDA00023755425800000511
该式中，
Figure BDA00023755425800000512
表示所述双馈风电机组系统正常状态时所述风机的转子电流，
Figure BDA00023755425800000513
表示所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时所述风机的转子电流；
根据所述转子电流的解析式、所述风机的转子电流稳态值公式、所述风机的转子电流自由分量公式，得到所述风机的转子电流中的直流分量
Figure BDA00023755425800000514
的具体计算公式为：
Figure BDA0002375542580000061
本发明实施例还提供一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的装置，所述装置应用于双馈风电机组系统，所述双馈风电机组系统包括：风机定子、风机转子、晶闸管、转子串限流电阻、传感器、控制器，所述传感器包括：检测发送断开信号模块、检测发送闭合信号模块；所述控制器包括：控制投入模块、控制持续运行模块、控制闭合模块；
所述检测发送断开信号模块，用于检测到电网侧电压达到高电压所述预设阈值时，向所述控制器发送断开信号；
所述控制投入模块，用于根据所述断开信号，控制所述晶闸管断开，以使得所述转子串限流电阻投入运行；
所述控制持续运行模块，用于控制所述双馈风电机组，以所述风机转子串联所述转子串限流电阻的运行方式持续运行；
所述检测发送闭合信号模块，用于检测到电网侧电压达到额定电压时，向所述控制器发送闭合信号；
所述控制闭合模块，用于根据所述闭合信号，控制所述晶闸管闭合，以使得所述转子串限流电阻切除运行，实现所述双馈风电机组高电压穿越；
其中，所述转子串限流电阻的阻值依据以下步骤得到：
步骤1：根据电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，所述风机定子的定子总磁链、所述风机转子的感应反电动势，通过转子开路电压公式，计算得到所述定子总磁链的强制分量在所述风机转子的绕组中的感应电动势和所述定子总磁链的自由分量在所述风机转子的绕组中的衰减感应电动势；
步骤2：根据所述感应电动势和所述衰减感应电动势，通过转子电流动态方程和转子电流的解析式，结合所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路，计算得到电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，流过所述风机转子的电流中的交流分量和直流分量，所述交流分量和所述直流分量之和即为所述风机转子的暂态电流；
步骤3：根据所述风机转子的暂态电流，通过约束条件，计算得到转子暂态时间常数；
步骤4：根据所述转子暂态时间常数，通过和定子-转子时间常数公式，计算得到所述转子串限流电阻的阻值。
采用本发明提供的基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法，检测到电网侧电压达到高电压预设阈值时，向控制器发送断开信号，高电压预设阈值为电网侧过电压时的电压值，控制器根据断开信号，控制晶闸管断开，以使得转子串限流电阻投入运行；控制器控制双馈风电机组，以风机转子串联转子串限流电阻的运行方式持续运行；传感器检测到电网侧电压达到额定电压时，向控制器发送闭合信号；控制器根据闭合信号，控制晶闸管闭合，以使得转子串限流电阻切除运行，实现双馈风电机组高电压穿越。本发明的方案，考虑到低电压故障恢复阶段的电压变化所产生的影响，在电压骤生阶段中将转子串限流电阻投入运行，使其与风机的转子串联，不仅限制了因为电压骤生导致的风机转子过电流，同时也可以向电网侧提供无功支持并且减小转矩的脉动，解决了低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的双馈风电机组系统低、高压连锁故障过程中电压的波形图；
图2为本发明实施例一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法的流程图；
图3为本发明实施例中当转子串限流电阻投入保护时，双馈风电机组系统的等值电路模型示意图；
图4(a)为本发明实施例中转子坐标系下的转子电压与风机转子的电阻和全电感组成组成的等效电路的示意图；
图4(b)为本发明实施例中感应电动势与风机转子的电阻和全电感组成的等效电路的示意图；
图4(c)为本发明实施例中衰减感应电动势与风机转子的电阻和全电感组成的等效电路的示意图；
图5为本发明实施例中双馈风电机组系统在二次骤升故障时的曲线图；
图6为采用本发明实施例的方法下风机的转子最大电流值与目前的方法下风机的转子最大电流对比曲线图；
图7(a)为二次骤升故障期间双馈风电机组系统分别在转子串联转子串限流电阻投入保护下和目前撬棒电路投入保护下的直流侧母线电压的性能对比曲线图；
图7(b)为二次骤升故障期间双馈风电机组系统分别在转子串联转子串限流电阻投入保护下和目前撬棒电路投入保护下的直流侧母线无功功率的性能对比曲线图；
图8为本发明实施例一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的装置。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。
发明人发现，目前在双馈风电机组故障研究领域，对双馈风电机组的研究成果主要分为两类：一类通过优化控制策略提高机组的运行能力，最大化发挥变流器的控制能力；另一类是通过改进硬件电路的拓扑结构保证机组不脱网。
但目前对故障的研究都是只考虑到电压跌落或者骤升的单次故障分析，并没有考虑到低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的影响。
参照图1，示出了本发明实施例的双馈风电机组系统低、高压连锁故障过程中电压的波形图，其中，横轴表示时间，纵轴表示电网侧电压，电压为标幺值。由此可知，在t0时刻电网侧电压发生骤降，骤降深度为p，t1时刻双馈风电机组系统在低电压情况下稳定运行，t2时刻经过故障保护装置的作用下完成低电压穿越过程使其电压开始逐渐恢复，并且在t3时刻电压恢复到发生故障前水平。
然而在t4时刻，由于控制功能的滞后性，无功补偿装置不能及时的撤出，将导致风电场无功过剩从而使得并网点的电压骤升，骤升深度为m，当风机的转子过电流达到规定阈值时，若是没有进行保护，那么因为电压过高引起的转子过电流，会导致双馈风电机组系统故障停机，此即为在低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的影响，也即二次骤生故障。
基于上述问题，发明人经过深入研究和探索，在对电磁暂态全过程分析的基础上，考虑了低电压恢复阶段，建立了以转子串限流电阻为保护二次骤升故障发生时的转子电流暂态数学模型。并进一步详细分析了转子串限流电阻对于二次骤升故障过程的影响，在此基础上得到二次骤升故障过程中最大转子电流，经过大量计算和仿真后，得到转子串限流电阻的最优阻值，基于此转子串限流电阻，当转子过电流达到规定阈值时，转子串限流电阻投入进行保护，之后在t5时刻切除，双馈风电机组系统在经过高电压穿越后在t6时刻恢复正常状态继续运行。
以下对本发明的技术方案进行解释。
参照图2，示出了本发明实施例一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法的流程图，该方法应用于双馈风电机组系统，双馈风电机组系统包括：风机定子、风机转子、晶闸管、转子串限流电阻、传感器、控制器，基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法包括：
步骤101：传感器检测到电网侧电压达到高电压预设阈值时，向控制器发送断开信号，高电压预设阈值为电网侧过电压时的电压值。
本发明实施例中，双馈风电机组系统包括：风机定子、风机转子、晶闸管、转子串限流电阻、传感器、控制器，一般情况下双馈风电机组系统正常运行时，在电网侧电压值处于额定电压值(实际会有上限浮动，不超过规定上下限值即可)运行时，控制器控制晶闸管闭合，转子串限流电阻不投入运行，而当传感器检测到电网侧电压达到高电压预设阈值时，会向控制器发送断开信号，所谓高电压预设阈值为电网侧过电压时的电压值，即，二次骤生故障时的电压值。
步骤102：控制器根据断开信号，控制晶闸管断开，以使得转子串限流电阻投入运行。
本发明实施例中，控制器接收到断开信号后，根据断开信号，控制晶闸管断开，就使得转子串限流电阻投入运行，此时，风机的转子与转子串限流电阻之间是串联关系，相当于风机的转子电阻增大，自然风机的转子电流就会减小，这样自然就降低了高电压引起的转子过电流，使得双馈风电机组系统不会故障停机。
步骤103：控制器控制双馈风电机组，以风机转子串联转子串限流电阻的运行方式持续运行。
本发明实施例中，在转子串限流电阻投入运行之后，控制器控制双馈风电机组，以风机转子串联转子串限流电阻的运行方式持续运行，以保证双馈风电机组系统继续运行。
步骤104：传感器检测到电网侧电压达到额定电压时，向控制器发送闭合信号。
本发明实施例中，随着电网侧电压的逐渐恢复，当电网侧电压恢复到额定电压时，即，传感器检测到电网侧电压达到额定电压时，向控制器发送闭合信号。
步骤105：控制器根据闭合信号，控制晶闸管闭合，以使得转子串限流电阻切除运行，实现双馈风电机组高电压穿越。
本发明实施例中，当电网侧电压恢复到额定电压时，就需要双馈风电机组系统也恢复到正常状态运行，因此，控制器根据闭合信号，控制晶闸管闭合，晶闸管闭合后，就使得转子串限流电阻切除运行，从而实现双馈风电机组高电压穿越。
上述过程中，如何确定转子串限流电阻的阻值，以满足实现本发明的方法是极其重要的，本发明实施例中转子串限流电阻的阻值，是在对电磁暂态全过程分析的基础上，考虑了低电压恢复阶段，建立了以转子串限流电阻为保护二次骤升故障发生时的转子电流暂态数学模型。并进一步详细研究了转子串限流电阻对于二次骤升故障过程的影响，在此基础上得到二次骤升故障过程中最大转子电流，经过大量计算和仿真后，得到转子串限流电阻的最优阻值。
首先，需要对风机转子串联转子串限流电阻的可行性进行分析：
建立风机转子动态模型，不计磁饱和现象，在定子坐标系为基础的空间矢量坐标系下双馈风电机组系统的数学模型如下：
Figure BDA0002375542580000111
Figure BDA0002375542580000112
Figure BDA0002375542580000113
Figure BDA0002375542580000114
该式中：
Figure BDA0002375542580000115
为风机的定子电压，
Figure BDA0002375542580000116
为风机的定子电流，
Figure BDA0002375542580000117
为风机的定子磁链，
Figure BDA0002375542580000118
为风机的转子电压，
Figure BDA0002375542580000119
为风机的转子电流，
Figure BDA00023755425800001110
为风机的转子磁链；Ls为风机的定子全电感，Rs为风机的定子电阻，Lr为风机的转子全电感，Rr为风机的转子电阻；Lm为励磁电感；ωr为风机的转子转速。
由双馈风电机组系统在空间矢量坐标系下的电压方程(1)、(2)和磁链方程(3)、(4)可以得到风机的转子电压方程：
Figure BDA00023755425800001111
Figure BDA00023755425800001112
Figure BDA00023755425800001113
该式中：
Figure BDA00023755425800001114
Figure BDA00023755425800001115
为反应风机的定子磁链变化对于风机的转子电流影响的转子感应反电动势，即，风机转子的感应反电动势；Rrσ为风机转子的瞬态电阻。
由公式(6)可以知晓，转子串联转子串限流电阻增大风机的转子回路电阻的同时可以增大风机转子的瞬态电阻Rrσ，从而抑制风机的转子侧过电流幅值，并且使得风机的转子电流暂态直流分量衰减速度加快。
基于上述理论，当双馈风电机组系统在稳态下运行时，风机的转子回路中的晶闸管处于导通状态，使得转子串限流电阻Rrsr旁路，减小电路的损耗。当电网侧发生高电压故障后，转子侧传感器通过感应到转子侧电流达到规定阈值，从而控制晶闸管的关断，使得电流流过转子串限流电阻，同时转子串限流电路消耗多余的能量，防止过电流损坏双馈风电机组系统。
由此，当晶闸管导通，转子串限流电阻Rrsr投入运行进行转子侧电路保护时，风机的转子瞬态电阻为：
Figure BDA0002375542580000121
从公式(8)可以看到，增大风机的转子瞬态电阻不仅限制了转子过电流同时也可以向电网侧提供无功支持并且减小转矩的脉动。
当转子串限流电阻投入保护时，双馈风电机组系统的等值电路模型示意图如图3所示，图3中，Us为风机定子的定子电压，is为风机的定子电流，ir为风机的转子电流，Lsσ为风机定子的漏感，Lrσ为风机转子的漏感，Ur为风机转子的转子电压，通过对其等值电路计算可以得到变换后的定子-转子时间常数公式：
τr＝σLr/(Rrsr+Rr) (9)
该公式中，τr为风机转子暂态时间常数。
基于上述理论，风机转子串联转子串限流电阻在二次骤生过程中是完全可行的。结合图1在双馈风电机组系统正常运行时，令其定子电压为Us，对于兆瓦级的风机，其定子电阻可忽略不计，则由公式(1)可以得到风机正常运行时的定子总磁链为：
Figure BDA0002375542580000122
该公式中，ω0为电网同步旋转角速度，当电网侧电压发生跌落或者骤升时，风机的定子总磁链分为两部分组成：第一部分为以电网角速度旋转的磁链强制分量
Figure BDA0002375542580000131
第二部分为以定子时间常数进行衰减的磁链自由分量
Figure BDA0002375542580000132
若在t＝t0时刻电网电压发生变化，则定子磁链自由分量为：
Figure BDA0002375542580000133
该公式中：
Figure BDA0002375542580000134
为风机定子暂态时间常数。
若不考虑骤降恢复阶段t3-t4对于磁链自由分量的影响，电压骤升幅度为m时，则根据磁链守恒定律可知道t4时刻的定子磁链自由分量为：
Figure BDA0002375542580000135
由公式(12)可知，不考虑骤降恢复阶段，定子磁链自由分量只与骤升幅度m有关。一般情况下，电压骤升发生在电压骤降恢复t3时刻之后。虽然此时电网侧电压已经恢复正常水平，但定子中仍然存在磁链自由分量，这将直接影响双馈风电机组系统在高电压穿越期间转子最大电流的计算，造成转子串限流电阻的取值偏小，造成风机的转子电流过大从而无法完成电压恢复后的高电压穿越。
考虑到骤降恢复阶段对于定子磁链的影响，则电网侧电压骤降恢复时间Tr，电网侧电压骤降深度p以及恢复时电网故障角等因素需考虑在内。在电网侧电压开始恢复前，双馈风电机组系统已在电网侧电压处于低电压状态稳态运行，此时风机的定子磁链中只包含强制分量：
Figure BDA0002375542580000136
随后电流过零时，风机转子三相中某相断路器自动切断，三相对称短路故障变为两相短路故障。此时电压开始恢复，可通过故障恢复角θ表示故障开始恢复的相对时间。故障恢复角可以按照以下公式确定：
Figure BDA0002375542580000137
电网侧电压开始恢复时刻，由对称分量法，此时定子磁链强制分量由正、负序两部分组成，如下式：
Figure BDA0002375542580000141
由磁链守恒定律
Figure BDA0002375542580000142
可知此时定子磁链自由分量为：
Figure BDA0002375542580000143
故障恢复角θ大约旋转90°后到达t3时刻，此时剩下两相短路恢复，电压同样恢复到额定值，由于兆瓦级风机中，1/τs远小于其他项，可忽略衰减影响，分析得定子磁链
Figure BDA0002375542580000144
和定子磁链强制分量
Figure BDA0002375542580000145
因此可知电网侧电压在发生骤升之前的定子总磁链
Figure BDA0002375542580000146
Figure BDA0002375542580000147
该式中：Tr＝t4-t3为电网侧电压恢复正常到发生骤升故障的时间，由公式(10)可知，在t4时刻电网侧电压骤升，此时的定子磁链强制分量如下：
Figure BDA0002375542580000148
由磁链守恒定律
Figure BDA0002375542580000149
发生骤升故障时定子磁链自由分量
Figure BDA00023755425800001410
为：
Figure BDA00023755425800001411
该式中当
Figure BDA00023755425800001412
时，定子磁链自由分量初始值获得最大值：
Figure BDA00023755425800001413
由公式(22)可知计及电网侧电压恢复阶段定子磁链自由分量是电压恢复阶段的磁链自由分量和电压骤升阶段的强迫分量组成。
由于公式(13)为不考虑电压恢复阶段的定子磁链自由分量，公式(23)为计及电压恢复阶段的定子磁链自由分量，两者差值如下式：
Figure BDA0002375542580000151
由上式可知计及电压恢复阶段定子磁链自由分量受电压骤降深度p，故障恢复角θ以及电压恢复时间Tr影响，使得定子磁链自由分量值明显增加，从而使得骤升阶段风机的转子电流值增大。
综上分析，可以得到电压骤升阶段定子总磁链为：
Figure BDA0002375542580000152
由于本发明实施例只针对转子串联转子串限流电阻的方式实现双馈风电机组系统的二次高压穿越故障，故采取控制变量法，计及故障最为严重的情况，以骤升幅度m与限流电阻值Rrsr为变量考虑转子串限流电阻对于风机二次骤升的影响。单次低压穿越故障的电压跌落深度范围大部分处于0.5～0.8pu之间，电网侧电压恢复阶段时间为1～2s之间，分布系统中故障恢复角度的取值为45°～60°，因此取p＝0.8pu，Tr＝1s，θ＝60°且以时刻t4为初始时刻，取初始自由分量的最大值，可得二次骤升阶段定子总磁链，即，电网侧电压达到高电压预设阈值时，按照以下公式确定风机定子的定子总磁链的取值：
Figure BDA0002375542580000153
由上所述，即得到了电网侧电压达到高电压预设阈值时，风机定子的定子总磁链，之后计算二次骤升故障转子电流，首先将公式(5)变换到转子坐标系下：
Figure BDA0002375542580000154
通过公式(7)和公式(26)可以得到二次骤升故障时风机的转子开路电压公式：
Figure BDA0002375542580000155
该公式中：s＝(ω0-ωr)/ω0为转差率，a＝Lm/Ls，
Figure BDA0002375542580000161
从公式(28)可知晓转子开路电压由两部分构成：第一部分是定子磁链强制分量在转子绕组中的感应电动势
Figure BDA0002375542580000162
第二部分是定子磁链自由分量在转子绕组中的衰减感应电动势
Figure BDA0002375542580000163
由此可知转子电流动态方程为：
Figure BDA0002375542580000164
由公式(29)可知
Figure BDA0002375542580000165
和
Figure BDA0002375542580000166
决定双馈风电机组系统二次骤升故障时的转子电流，同时，通过求解一阶非齐次微分方程式(12)得到转子电流的解析式为：
Figure BDA0002375542580000167
该式中：
Figure BDA0002375542580000168
是转子电流中的交流分量，
Figure BDA0002375542580000169
为转子电流中的直流分量。
再根据叠加定理，双馈风电机组系统二次骤升故障的等效电路，即，电网侧电压达到高电压预设阈值时的双馈风电机组系统的等效电路包括：转子坐标系下的转子电压与风机转子的电阻和全电感组成组成的等效电路的示意图，如图4(a)所示；感应电动势与风机转子的电阻和全电感组成的等效电路的示意图，如图4(b)所示；衰减感应电动势与风机转子的电阻和全电感组成的等效电路的示意图，如图4(c)所示。
结合图4(a)、图4(b)、图4(c)以及公式(30)，双馈风电机组系统在二次骤升故障时转子电流交流分量可以分解，即，根据电网侧电压达到高电压预设阈值时的双馈风电机组系统的等效电路，将风机的转子电流中的交流分量
Figure BDA00023755425800001610
分解为：
Figure BDA00023755425800001611
结合图4(a)可知，转子坐标系下的转子电压与风机转子的电阻和全电感组成组成的等效电路下，角频率sω0产生的风机的转子电流分量
Figure BDA00023755425800001612
按照以下公式确定取值：
Figure BDA00023755425800001613
结合图4(b)可知，感应电动势与风机转子的电阻和全电感组成的等效电路下，角频率sω0产生的风机的转子电流分量
Figure BDA00023755425800001614
按照以下公式确定取值：
Figure BDA0002375542580000171
将转子开路电压公式(28)中的稳态分量代入公式(33)中，得到角频率sω0的转子电压产生的转子交流分量表达式：
Figure BDA0002375542580000172
结合图4(c)可知，衰减感应电动势与风机转子的电阻和全电感组成的等效电路下，频率为ωr逆时针旋转产生的风机的转子电流分量
Figure BDA0002375542580000173
按照以下公式确定取值：
Figure BDA0002375542580000174
将转子开路电压公式(28)中的暂态分量代入公式(35)中，得到角频率ωr的转子电压产生的转子交流分量表达：
Figure BDA0002375542580000175
该式中，τ'＝τsτr/(τs+τr)。
将公式(32)、公式(34)、公式(36)代入公式(31)中可以得到风机的转子电流中的交流分量
Figure BDA0002375542580000176
的具体计算公式：
Figure BDA0002375542580000177
由此可知，风机发生二次骤升故障前转子电流稳态值，即，双馈风电机组系统正常状态时的电路，得到该状态下的风机的转子电流稳态值公式：
Figure BDA0002375542580000178
该式中，(0-)表示双馈风电机组系统正常状态时刻；
根据守恒定律，以及电感中电流不能突变的原理，得到
Figure BDA0002375542580000179
进而得到风机的转子电流自由分量公式：
Figure BDA00023755425800001710
该式中，
Figure BDA00023755425800001711
表示双馈风电机组系统正常状态时风机的转子电流，
Figure BDA00023755425800001712
表示电网侧电压达到高电压预设阈值时风机的转子电流。
根据转子电流的解析式(30)、风机的转子电流稳态值公式(38)和风机的转子电流自由分量公式(39)可得风机的转子电流中的直流分量的具体计算公式：
Figure BDA0002375542580000181
通过公式(37)、公式(40)可得到计及骤降恢复阶段双馈风机组二次骤升故障下的暂态转子电流
Figure BDA0002375542580000182
在得到了计及骤降恢复阶段双馈风机组二次骤升故障下的暂态转子电流
Figure BDA0002375542580000183
之后，就可以计算出转子串限流电阻的最优阻值，双馈风电机组系统的转子电流精确计算对于选取转子串限流电阻的最优阻值有极大影响。
同时，转子串限流电阻的阻值也受到两方面的约束：一是转子串限流电阻阻值不宜过小，在双馈风电机组系统故障穿越时，将转子电流控制在转子换流器能够承受的2倍额定值以内；二是故障期转子换流器仍在工作，转子串限流电阻值不宜过大，否则会使风机的转子电压超出安全余量，故规定故障时风机的转子电压值不得超过额定电压130％。
通过以上所述，首先确定二次骤升故障期间暂态转子电流的最大值，以此来对Rrsr进行计算。
二次骤升故障期间转子电流值取值按照以下公式得到：
Figure BDA0002375542580000184
本申请实施例只针对对称故障，所以可由
Figure BDA0002375542580000185
得到风机转子A相的电流按照以下公式取值：
Figure BDA0002375542580000191
该公式中：α1＝1/(sσω0τr)；α2＝1/(σωrτr)。
对公式(42)取最大值得到以下公式：
Figure BDA0002375542580000192
此即电网侧电压达到高电压预设阈值且为对称故障情况下，风机转子A相电流的最大值。
在结合根据以上所述的约束条件：
Figure BDA0002375542580000193
通过上述公式(43)、约束条件(44)得到转子暂态时间常数τr后，代入定子-转子时间常数公式(9)可求整得到最优的转子串限流电阻阻值Rrsr。
综上所述，本发明实施例中得到最优的转子串限流电阻阻值Rrsr，该阻值不仅限制了因为电压骤生导致的风机转子过电流，同时也可以向电网侧提供无功支持并且减小转矩的脉动，解决了低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的问题。
为了更好的验证本发明实施例的有效性，利用在PSCAD平台上搭建双馈风电机组系统的仿真模型，对其进行分析仿真。
其中双馈风电机组系统的参数如下表所示：
Figure BDA0002375542580000201
设定双馈风电机组系统故障前后风速为8m/s不变，正常电压下与故障期间转速恒定，均为1.2(标幺值)，在t＝2.5s时发生对称三相故障。
通过对双馈风电机组系统模型进行仿真，参照图5，示出了双馈风电机组系统在二次骤升故障时的曲线图，图5中横轴表示骤升幅度，纵轴表示风机的转子电流最大值，转子电流为标幺值，由虚线组成的曲线为仿真结果曲线；由实现组成的曲线为计算结果曲线；由图5可知，不同的骤升幅度对于风机的转子电流最大值的影响是：骤生幅度越大，风机的转子电流最大值越高。
由图5可知，本发明实施例中计算得到的转子电流计算结果与仿真结果基本相同，验证了上述公式的准确性。同时，当骤升幅度为0.21p.u.时风机的转子最大电流值达到了转子换流器所承受的最大值2p.u.，此时转子串限流电阻开始投入保护。
参照图6，示出了采用本发明实施例的方法下风机的转子最大电流值与目前的方法下风机的转子最大电流对比曲线图，横轴表示时间，纵轴表示风机的转子电流最大值，转子电流为标幺值，取时间为2.5s时骤升幅度达到0.24(标幺值)的条件下，计及电压骤降恢复阶段最优的转子串限流电阻取值0.19p.u.，目前的方法下电阻取值0.15p.u.。
由图6可知晓，在计及电压骤降恢复阶段最优的转子串限流电阻取值Rrsr＝0.19p.u.时风机的转子电流的振幅显著减小，转子电流的最大值为1.8p.u.，且振荡时间明显缩短，在t＝2.68s时基本能够趋于稳定。而目前的方法下电阻取值Rrsr＝0.15p.u.偏小，明显转子电流波动过大，在t＝2.68s时振幅依然偏大且不趋于稳定。由此可见，采用本发明的方法，转子电流能够在最快的时间内稳定且最大幅值最小，可见，考虑骤降恢复阶段优化限流电阻取值的合理性。
参照图7(a)，示出了二次骤升故障期间双馈风电机组系统分别在转子串联转子串限流电阻投入保护下和目前撬棒电路投入保护下的直流侧母线电压的性能对比曲线图，横轴表示时间，纵轴表示直流侧母线电压，其为标幺值。为了提高参考性，令两种保护方案都在骤升幅度为0.24(标幺值)下，t＝2.5s时投入保护并且同时退出，转子串限流电阻与撬棒电阻的阻值同为0.19p.u.。
由图7(a)中可以知晓，撬棒电路(Crowbar保护电路)保护在故障时刻的母线电压值相比于本发明方法(转子串电阻)的保护产生了较大的波动，在瞬时超过的额定电压的1.3倍，极大可能的增加了换流器的损坏几率。
参照图7(b)，示出了二次骤升故障期间双馈风电机组系统分别在转子串联转子串限流电阻投入保护下和目前撬棒电路投入保护下的直流侧母线无功功率的性能对比曲线图，横轴表示时间，纵轴表示直流侧母线无功功率，其为标幺值。由图7(b)中可以知晓，本发明方法在投入保护时，转子侧变流器仍可以控制风机的稳定运行，输出无功功率，然而撬棒电路投入保护时断开了转子与变流器的连接，导致不能对电网提供无功支持。
参照图8，示出了本发明实施例一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的装置，该装置应用于双馈风电机组系统，双馈风电机组系统包括：风机定子、风机转子、晶闸管、转子串限流电阻、传感器、控制器，传感器包括：检测发送断开信号模块、检测发送闭合信号模块；控制器包括：控制投入模块、控制持续运行模块、控制闭合模块；
检测发送断开信号模块，用于检测到电网侧电压达到高电压预设阈值时，向控制器发送断开信号；
控制投入模块，用于根据断开信号，控制晶闸管断开，以使得转子串限流电阻投入运行；
控制持续运行模块，用于控制双馈风电机组，以风机转子串联转子串限流电阻的运行方式持续运行；
检测发送闭合信号模块，用于检测到电网侧电压达到额定电压时，向控制器发送闭合信号；
控制闭合模块，用于根据闭合信号，控制晶闸管闭合，以使得转子串限流电阻切除运行，实现双馈风电机组高电压穿越；
其中，转子串限流电阻的阻值依据以下步骤得到：
步骤1：根据电网侧电压达到高电压预设阈值时，风机定子的定子总磁链、风机转子的感应反电动势，通过转子开路电压公式，计算得到定子总磁链的强制分量在风机转子的绕组中的感应电动势和定子总磁链的自由分量在风机转子的绕组中的衰减感应电动势；
步骤2：根据感应电动势和衰减感应电动势，通过转子电流动态方程和转子电流的解析式，结合电网侧电压达到高电压预设阈值时的双馈风电机组系统的等效电路，计算得到电网侧电压达到高电压预设阈值时，流过风机转子的电流中的交流分量和直流分量，交流分量和直流分量之和即为风机转子的暂态电流；
步骤3：根据风机转子的暂态电流，通过约束条件，计算得到转子暂态时间常数；
步骤4：根据转子暂态时间常数，通过和定子-转子时间常数公式，计算得到转子串限流电阻的阻值。
本发明提供的基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法，检测到电网侧电压达到高电压预设阈值时，向控制器发送断开信号，高电压预设阈值为电网侧过电压时的电压值，控制器根据断开信号，控制晶闸管断开，以使得转子串限流电阻投入运行；控制器控制双馈风电机组，以风机转子串联转子串限流电阻的运行方式持续运行；传感器检测到电网侧电压达到额定电压时，向控制器发送闭合信号；控制器根据闭合信号，控制晶闸管闭合，以使得转子串限流电阻切除运行，实现双馈风电机组高电压穿越。本发明的方案，考虑到低电压故障恢复阶段的电压变化所产生的影响，在电压骤生阶段中将转子串限流电阻投入运行，使其与风机的转子串联，不仅限制了因为电压骤生导致的风机转子过电流，同时也可以向电网侧提供无功支持并且减小转矩的脉动，解决了低电压故障恢复阶段的电压骤生产生的问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的方法，其特征在于，所述方法应用于双馈风电机组系统，所述双馈风电机组系统包括：风机定子、风机转子、晶闸管、转子串限流电阻、传感器、控制器，所述方法包括：
所述传感器检测到电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，向所述控制器发送断开信号，所述高电压预设阈值为所述电网侧过电压时的电压值，所述电网侧过电压时的电压值为二次骤生故障时的电压值，所述二次骤生故障为由于无功过剩使得并网点的电压骤升，因并网点的电压过高引起所述双馈风电机组的转子过电流，导致所述双馈风电机组停机的故障；
所述控制器根据所述断开信号，控制所述晶闸管断开，以使得所述转子串限流电阻投入运行，所述转子串限流电阻投入运行后，限制因所述二次骤升故障导致的所述双馈风电机组的转子过电流，同时，为所述电网侧提供无功支持并减小所述双馈风电机组转矩的脉动；
所述控制器控制所述双馈风电机组，以所述风机转子串联所述转子串限流电阻的运行方式持续运行；
所述传感器检测到电网侧电压达到额定电压时，向所述控制器发送闭合信号；
所述控制器根据所述闭合信号，控制所述晶闸管闭合，以使得所述转子串限流电阻切除运行，实现所述双馈风电机组高电压穿越；
其中，所述转子串限流电阻的阻值依据以下步骤得到：
步骤1：根据电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，所述风机定子的定子总磁链、所述风机转子的感应反电动势，通过转子开路电压公式，计算得到所述定子总磁链的强制分量在所述风机转子的绕组中的感应电动势和所述定子总磁链的自由分量在所述风机转子的绕组中的衰减感应电动势；
步骤2：根据所述感应电动势和所述衰减感应电动势，通过转子电流动态方程和转子电流的解析式，结合所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路，计算得到电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，流过所述风机转子的电流中的交流分量和直流分量，所述交流分量和所述直流分量之和即为所述风机转子的暂态电流；
步骤3：根据所述风机转子的暂态电流，通过约束条件，计算得到转子暂态时间常数；所述约束条件为：
Figure 300045DEST_PATH_IMAGE002
Figure 279503DEST_PATH_IMAGE003
该公式中，
Figure 59240DEST_PATH_IMAGE004
为所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值且为对称故障情况下，所述风机转子A相电流的最大值，
Figure 454449DEST_PATH_IMAGE005
为所述风机转子的转子电压，
Figure 268821DEST_PATH_IMAGE006
为所述励磁电感与所述风机定子的全电感的比值，m为骤升幅度，
Figure 91284DEST_PATH_IMAGE007
为所述电网侧的同步旋转角速度，
Figure 358317DEST_PATH_IMAGE008
为所述风机定子的定子电压，
Figure 619534DEST_PATH_IMAGE009
为所述风机转子的转速；
Figure 288413DEST_PATH_IMAGE010
为转差率，
Figure 281777DEST_PATH_IMAGE011
为所述风机转子暂态时间常数，
Figure 36106DEST_PATH_IMAGE012
为所述风机转子的全电感，
Figure 773118DEST_PATH_IMAGE013
为电网侧电压的标幺值，
Figure 296503DEST_PATH_IMAGE014
为所述风机定子暂态时间常数；
步骤4：根据所述转子暂态时间常数，通过定子-转子时间常数公式，计算得到所述转子串限流电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，按照以下公式确定所述风机定子的定子总磁链的取值：
Figure 290129DEST_PATH_IMAGE016
该公式中：
Figure 531755DEST_PATH_IMAGE017
为所述风机定子的定子总磁链，m为骤升幅度，
Figure 806878DEST_PATH_IMAGE018
为所述电网侧的同步旋转角速度，
Figure 450349DEST_PATH_IMAGE019
所述风机定子的定子电压；
按照以下公式确定所述风机转子的感应反电动势的取值：
Figure 785515DEST_PATH_IMAGE020
该公式中：
Figure 514437DEST_PATH_IMAGE021
为所述风机转子的感应反电动势，其反应所述风机定子的磁链变化对于所述风机转子电流影响的感应反电动势，
Figure 593251DEST_PATH_IMAGE022
为励磁电感，
Figure 153546DEST_PATH_IMAGE023
为所述风机定子的全电感，
Figure 925193DEST_PATH_IMAGE024
为所述风机转子的转速；
转子开路电压公式为：
Figure 875831DEST_PATH_IMAGE025
该公式中：
Figure 758337DEST_PATH_IMAGE026
为所述风机转子的开路电压，
Figure 110820DEST_PATH_IMAGE027
为转差率，
Figure 53369DEST_PATH_IMAGE028
为所述励磁电感与所述风机定子的全电感的比值，
Figure 553620DEST_PATH_IMAGE029
。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述转子电流动态方程为：
Figure 974237DEST_PATH_IMAGE030
该式中：
Figure 446807DEST_PATH_IMAGE031
为所述风机定子磁链强制分量在转子绕组中的感应电动势，即，所述感应电动势，
Figure 560256DEST_PATH_IMAGE032
为所述风机定子磁链自由分量在转子绕组中的衰减感应电动势，即，所述衰减感应电动势，
Figure 485487DEST_PATH_IMAGE033
为转子瞬态电阻，
Figure 709795DEST_PATH_IMAGE034
为所述风机转子的全电感，
Figure 833609DEST_PATH_IMAGE035
为转子电流，
Figure 117960DEST_PATH_IMAGE036
为转子坐标系下的转子电压；
所述转子电流的解析式为：
Figure 530486DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 558485DEST_PATH_IMAGE038
是所述风机的转子电流中的交流分量，
Figure 740068DEST_PATH_IMAGE039
为所述风机的转子电流中的直流分量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述定子-转子时间常数公式为：
Figure 929741DEST_PATH_IMAGE040
该式中，
Figure 829564DEST_PATH_IMAGE041
为所述转子串限流电阻，
Figure 959456DEST_PATH_IMAGE042
所述风机转子的电阻。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
按照以下公式确定所述转子瞬态电阻
Figure 261124DEST_PATH_IMAGE043
的取值：
Figure 621698DEST_PATH_IMAGE044
该式中，
Figure 8817DEST_PATH_IMAGE045
为所述风机定子的电阻。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路包括：所述感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路、所述衰减感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路、所述转子坐标系下的转子电压与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路，将所述风机的转子电流中的交流分量
Figure 378619DEST_PATH_IMAGE046
分解为：
Figure 269215DEST_PATH_IMAGE047
该式中，
Figure 128586DEST_PATH_IMAGE048
为所述转子坐标系下的转子电压与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路下，角频率
Figure 737422DEST_PATH_IMAGE049
产生的所述风机的转子电流分量，
Figure 910914DEST_PATH_IMAGE050
为所述感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路下，角频率
Figure 921596DEST_PATH_IMAGE051
产生的所述风机的转子电流分量，
Figure 889552DEST_PATH_IMAGE052
为所述衰减感应电动势与所述风机转子的电阻和全电感组成的等效电路下，频率为
Figure 985684DEST_PATH_IMAGE053
产生的所述风机的转子电流分量；
其中，按照以下公式确定
Figure 697288DEST_PATH_IMAGE054
的取值：
Figure 624793DEST_PATH_IMAGE055
按照以下公式确定
Figure 763650DEST_PATH_IMAGE056
的取值：
Figure 347078DEST_PATH_IMAGE057
按照以下公式确定
Figure 596794DEST_PATH_IMAGE058
的取值：
Figure 582067DEST_PATH_IMAGE059
将所述转子开路电压公式代入所述
Figure 891826DEST_PATH_IMAGE060
的取值公式得到角频率
Figure 24867DEST_PATH_IMAGE061
的转子电压产生的转子交流分量表达式：
Figure 78274DEST_PATH_IMAGE062
将所述转子开路电压公式代入所述
Figure 918054DEST_PATH_IMAGE063
的取值公式得到角频率
Figure 398713DEST_PATH_IMAGE064
的转子电压产生的转子交流分量表达式：
Figure 691155DEST_PATH_IMAGE065
由此得到所述风机的转子电流中的交流分量
Figure 548252DEST_PATH_IMAGE066
的具体计算公式：
Figure 806320DEST_PATH_IMAGE068
上式中，
Figure 457882DEST_PATH_IMAGE069
。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述双馈风电机组系统正常状态时的电路，得到该状态下的所述风机的转子电流稳态值公式：
Figure 503198DEST_PATH_IMAGE070
该式中，
Figure 898407DEST_PATH_IMAGE071
表示所述双馈风电机组系统正常状态时刻；
根据守恒定律，以及电感中电流不能突变的原理，得到
Figure 447200DEST_PATH_IMAGE072
，进而得到所述风机的转子电流自由分量公式：
Figure 535242DEST_PATH_IMAGE073
该式中，
Figure 802275DEST_PATH_IMAGE074
表示所述双馈风电机组系统正常状态时所述风机的转子电流，
Figure 63492DEST_PATH_IMAGE075
表示所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时所述风机的转子电流；
根据所述转子电流的解析式、所述风机的转子电流稳态值公式、所述风机的转子电流自由分量公式，得到所述风机的转子电流中的直流分量的具体计算公式为：
Figure 466792DEST_PATH_IMAGE077
上式中
Figure 725735DEST_PATH_IMAGE078
表示所述风机的转子电流中的直流分量。
9.一种基于转子串限流电阻实现高电压穿越的装置，其特征在于，所述装置应用于双馈风电机组系统，所述双馈风电机组系统包括：风机定子、风机转子、晶闸管、转子串限流电阻、传感器、控制器，所述传感器包括：检测发送断开信号模块、检测发送闭合信号模块；所述控制器包括：控制投入模块、控制持续运行模块、控制闭合模块；
所述检测发送断开信号模块，用于检测到电网侧电压达到高电压所述预设阈值时，向所述控制器发送断开信号；
所述控制投入模块，用于根据所述断开信号，控制所述晶闸管断开，以使得所述转子串限流电阻投入运行；
所述控制持续运行模块，用于控制所述双馈风电机组，以所述风机转子串联所述转子串限流电阻的运行方式持续运行；
所述检测发送闭合信号模块，用于检测到电网侧电压达到额定电压时，向所述控制器发送闭合信号；
所述控制闭合模块，用于根据所述闭合信号，控制所述晶闸管闭合，以使得所述转子串限流电阻切除运行，实现所述双馈风电机组高电压穿越；
其中，所述转子串限流电阻的阻值依据以下步骤得到：
步骤1：根据电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，所述风机定子的定子总磁链、所述风机转子的感应反电动势，通过转子开路电压公式，计算得到所述定子总磁链的强制分量在所述风机转子的绕组中的感应电动势和所述定子总磁链的自由分量在所述风机转子的绕组中的衰减感应电动势；
步骤2：根据所述感应电动势和所述衰减感应电动势，通过转子电流动态方程和转子电流的解析式，结合所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值时的所述双馈风电机组系统的等效电路，计算得到电网侧电压达到所述高电压预设阈值时，流过所述风机转子的电流中的交流分量和直流分量，所述交流分量和所述直流分量之和即为所述风机转子的暂态电流；
步骤3：根据所述风机转子的暂态电流，通过约束条件，计算得到转子暂态时间常数；所述约束条件为：
Figure 480064DEST_PATH_IMAGE080
Figure 217076DEST_PATH_IMAGE081
该公式中，
Figure 740461DEST_PATH_IMAGE082
为所述电网侧电压达到所述高电压预设阈值且为对称故障情况下，所述风机转子A相电流的最大值，
Figure 232623DEST_PATH_IMAGE083
为所述风机转子的转子电压，
Figure 208669DEST_PATH_IMAGE084
为所述励磁电感与所述风机定子的全电感的比值，m为骤升幅度，
Figure 749372DEST_PATH_IMAGE085
为所述电网侧的同步旋转角速度，
Figure 392842DEST_PATH_IMAGE086
为所述风机定子的定子电压，
Figure 728009DEST_PATH_IMAGE087
为所述风机转子的转速；
Figure DEST_PATH_IMAGE088
为转差率，
Figure DEST_PATH_IMAGE089
为所述风机转子暂态时间常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为所述风机转子的全电感，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
为电网侧电压的标幺值，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为所述风机定子暂态时间常数；
步骤4：根据所述转子暂态时间常数，通过定子-转子时间常数公式，计算得到所述转子串限流电阻的阻值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214931A (zh) * 2011-05-24 2011-10-12 浙江大学 双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109617125B (zh) * 2019-01-02 2021-09-21 上海交通大学 基于定子串阻抗的双馈风电机组高低电压穿越系统及方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214931A (zh) * 2011-05-24 2011-10-12 浙江大学 双馈感应风力发电机系统低电压穿越的装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电网电压对称骤升时DFIG暂态电流分析及限流电阻阻值优化;孙丽玲等;《电力系统自动化》;20180410;第42卷(第7期);第123-129页 *
计及撬棒电路的双馈风电机组二次骤升故障穿越特性分析;周步祥等;《电力系统保护与控制》;20190301;第47卷(第5期);第152-159页 *

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