CN112260225A - 一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法及系统，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I"_k；S1，假设不计入双馈风电机组的影响，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i；S2,将双馈风电机组等效为受控电流模型，确定双馈风电机组的受控电流源的电流值；S3,考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；S4，判断u_i.new与u_i的差值，当差值小于预设的阈值时，则计算满足收敛条件，I_b.new即为双馈风电机组短路电流周期分量开断值。

Description

一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法及 系统

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术领域，更具体地，涉及一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法及系统。

背景技术

随着风电大规模接入电网，各国制定了风电并网导则，要求故障期间风电机组不脱网连续运行一段时间，同时能够为电网提供必要的无功功率支撑。因此，在电网故障期间，大量的风电机组接入使得电网故障电流发生了根本性改变。以双馈风电机组为主的变速恒频机组暂态特性与同步发电机组有很大区别，其结构为定子侧直接与电网相连，转子侧经换流器接入电网，在故障时不仅涉及发电机的暂态特性、换流器控制及保护电路动作等多种因素，现有以传统同步发电机为基础的故障电流分析计算模型面临了新的挑战。正确认知并分析双馈风电机组的故障特性，是分析该类型机组故障电流计算的基础。如何考虑风电机组的短路电流贡献，确定一种考虑风电机组的电力系统三相短路电流计算方法，成为电力系统设计、规划、运行、试验等部门的迫切需求。

发明内容

本发明技术方案提供一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法及系统，以解决工程中双馈风电机组三相短路电流计算的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法，所述方法包括计算短路电流周期分量初始值和计算短路电流周期分量开断值：

其中，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量初始值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I_k"；

其中，计算短路电流周期分量开断值，包括：

S1，假设不计入双馈风电机组的影响，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i；

S2,将双馈风电机组等效为受控电流模型，根据所述机端电压u_i判断双馈风电机组是否进入低电压穿越状态；当双馈风电机组进入低电压穿越状态时，计算双馈风电机组在低电压期间的无功电流和有功电流的参考值；根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示；按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}；根据所述d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、所述q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq，根据所述定子短路有功电流i_sd、所述定子短路无功电流i_sq即得到双馈风电机组的受控电流源的电流值I_control；

S3,考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，更新三相短路的边界条件，生成更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，基于更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；

S4，判断修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new与双馈风电机组的机端电压u_i的差值，当所述差值小于预设的阈值时，则计算满足收敛条件，所述I_b.new即为双馈风电机组短路电流周期分量开断值，u_i.new为短路后的机端电压，计算结束。

优选地，还包括：所述差值不小于预设的阈值时，则令机端电压u_i等于机端电压u_i.new，返回S2继续执行，反复迭代，最后求取精确的双馈风电机组短路电流周期分量开断值。

优选地，所述短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，包括：

电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

优选地，所述当双馈风电机组没有进入低电压穿越状态时，包括：

双馈风电机组的受控电流源的电流值为0，进入步骤S3。

优选地，所述根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i还包括：

利用边界条件U_∑＝U₀+U_k+U_ΔI＝0，形成用于短路电流计算的方程U₀+Z_kI_b+U_ΔI＝0，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i；

其中U₀为短路发生之前故障点的电压，U_k为短路发生后在故障点短路电流作用下的故障点电压变化量，U_ΔI为短路发生后在所有双馈风电机组的受控电流源作用下的故障点电压变化量，U_ΔI初始值为0，Z_k为故障点的系统正序等值阻抗，U_∑为短路发生后短路点总电压。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算系统，所述系统包括：

计算单元，用于计算短路电流周期分量初始值和计算短路电流周期分量开断值：

其中，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量初始值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I_k"；

其中，计算短路电流周期分量开断值，包括：

S1，假设不计入双馈风电机组的影响，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i；

S2,将双馈风电机组等效为受控电流模型，根据所述机端电压u_i判断双馈风电机组是否进入低电压穿越状态；当双馈风电机组进入低电压穿越状态时，计算双馈风电机组在低电压期间的无功电流和有功电流的参考值；根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示；按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}；根据所述d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、所述q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq，根据所述定子短路有功电流i_sd、所述定子短路无功电流i_sq即可得到双馈风电机组的受控电流源的电流值I_control；

S3,考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，更新三相短路的边界条件，生成更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，基于更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；

S4，判断修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new与双馈风电机组的机端电压u_i的差值，当所述差值小于预设的阈值时，则计算满足收敛条件，所述I_b.new即为双馈风电机组短路电流周期分量开断值，u_i.new为短路后的机端电压，计算结束。

优选地，所述计算单元还用于：所述差值不小于预设的阈值时，则令机端电压u_i等于修正后的机端电压u_i.new，返回S2继续执行，反复迭代，最后求取精确的双馈风电机组短路电流周期分量开断值。

优选地，所述短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，包括：

电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

优选地，所述当双馈风电机组没有进入低电压穿越状态时，包括：

双馈风电机组的受控电流源的电流值为0，进入步骤S3。

优选地，所述根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i还包括：

利用边界条件U_∑＝U₀+U_k+U_ΔI＝0，形成用于短路电流计算的方程U₀+Z_kI_b+U_ΔI＝0，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i；

其中U₀为短路发生之前故障点的电压，U_k为短路发生后在故障点短路电流作用下的故障点电压变化量，U_ΔI为短路发生后在所有双馈风电机组的受控电流源作用下的故障点电压变化量，U_ΔI初始值为0，Z_k为故障点的系统正序等值阻抗，U_∑为短路发生后短路点总电压。

本发明技术方案通过电磁暂态仿真分析双馈风电机组的故障特性，提出一种工程实用的考虑双馈风电机组的电力系统三相短路电流计算方法，本发明技术方案基于组合模型，不用增加额外的模型参数，采用迭代计算可精确求解，与电磁暂态仿真结果相近。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的双馈风电机组短路电流计算的组合模型结构示意图；

图2为根据本发明优选实施方式的双馈风电机组的短路电流周期分量开断值计算流程图；

图3为根据本发明优选实施方式的双馈风电机组受控电流源模型计算流程图；

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明通过电磁暂态仿真分析双馈风电机组的故障特性，基于双馈风电机组已有的机电或电磁暂态模型参数，提出了一种适用于工程应用的考虑双馈风电机组的电力系统三相短路电流计算方法，其中短路电流计算包括计算短路电流周期分量初始值和开断值两部分，采用电压源串联电抗和受控电流源组合模型。短路电流周期分量初始值受电机特性影响，模型等效为电压源串联电抗的形式；短路电流周期分量开断值受低电压穿越控制策略的影响，模型处理为受控电流源模型。其中双馈风电机组短路电流计算的组合模型结构如图1所示。

本发明优选实施方式的一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法，方法包括计算短路电流周期分量初始值和计算短路电流周期分量开断值：

其中，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量初始值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I_k"；优选地，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，包括：

电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

本发明计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I_k"时，短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中。该电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

其中，计算短路电流周期分量开断值，包括：

S1，假设不计入双馈风电机组的影响，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i。

优选地，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i还包括：

利用边界条件U_∑＝U₀+U_k+U_ΔI＝0，形成用于短路电流计算的方程U₀+Z_kI_b+U_ΔI＝0，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i；

其中U₀为短路发生之前故障点的电压，U_k为短路发生后在故障点短路电流作用下的故障点电压变化量，U_ΔI为短路发生后在所有双馈风电机组的受控电流源作用下的故障点电压变化量，U_ΔI初始值为0，Z_k为故障点的系统正序等值阻抗，U_∑为短路发生后短路点总电压。

本发明计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b时，计算步骤如下，如图2所示：

本发明在步骤S1忽略双馈风电机组的作用，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，形成用于短路电流计算的方程，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i。

S2,将双馈风电机组等效为受控电流模型，根据机端电压u_i判断双馈风电机组是否进入低电压穿越状态；当双馈风电机组进入低电压穿越状态时，计算双馈风电机组在低电压期间的无功电流和有功电流的参考值；根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示；按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}；根据d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq，根据定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq即得到双馈风电机组的受控电流源的电流值I_control；优选地，当双馈风电机组没有进入低电压穿越状态时，包括：双馈风电机组的受控电流源的电流值为0，进入步骤S3。

本发明在步骤S2将双馈风电机组按照受控电流源模型处理，其电流的计算主要受定子电流参考值和转子侧换流器限幅两方面影响。其中，受控电流源模型的具体处理方法如图3所示：

本发明在S2.1根据计算的机端电压u_i判断每台双馈风电机组是否进入低电压穿越状态，若进入则执行下一步S2.2；若不进入则受控电流源的电流值为0，进入S3。

本发明在步骤S2.2计算低电压期间的定子无功电流和有功电流参考值。其中，无功电流通过低电压穿越期间的无功控制策略来获得，有三种方法：根据机端电压计算无功电流、直接给定无功电流、根据给定无功功率计算无功电流。有功电流按照两种方法计算，第一种方法保持为故障前电流处理，第二种方法是根据机电或电磁暂态参数中的低电压穿越期间的有功控制策略处理。

本发明在步骤S2.3根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示。按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}。

本发明在步骤S2.4根据限幅后的d轴转子电流i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功电流i_sd、无功电流i_sq。忽略定子电阻和网侧换流器的短路电流贡献，由定子有功电流i_sd、无功电流i_sq即得到双馈风电机组的受控电流源的电流值I_control。

S3,考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，更新三相短路的边界条件，生成更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，基于更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；

本发明在步骤S3.考虑双馈风电机组的作用，更新三相短路的边界条件，形成新的用于短路电流计算的方程，并求解得到修正后的短路点三相短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的每台双馈风电机组的机端电压u_i.new。

S4,判断修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new与双馈风电机组的机端电压u_i的差值，当差值小于预设的阈值时，则计算满足收敛条件，I_b.new即为双馈风电机组短路电流周期分量开断值，u_i.new为短路后的机端电压，计算结束。

优选地，还包括：述差值不小于预设的阈值时，则令机端电压u_i等于修正后的机端电压u_i.new，返回S2继续执行，反复迭代，最后求取精确的双馈风电机组短路电流周期分量开断值。

本发明在步骤S4.判断|u_i.new-u_i|＜ξ是否满足，其中ξ为足够小的阈值。若满足则计算结束。若不满足，则令u_i＝u_i.new，然后返回S2继续执行，通过迭代计算来提高结果精度。

本发明基于双馈风电机组已有的机电或电磁暂态模型参数，在计算短路电流周期分量初始值和开断值时，双馈风电机组采用电压源串联电抗和受控电流源组合模型，可根据不同的运行工况、三相短路发生后机端电压跌落深度、不同电机参数和不同控制策略，确定双馈风电机组所贡献的短路电流周期分量初始值和周期分量开断值，该方法不用增加额外的模型参数，采用迭代计算可精确求解，与电磁暂态仿真结果相近。

本发明通过电磁暂态仿真分析双馈风电机组的故障特性，基于双馈风电机组已有的机电或电磁暂态模型参数，提出了一种适用于工程应用的考虑双馈风电机组的电力系统三相短路电流计算方法，其中短路电流计算包括计算短路电流周期分量初始值和开断值两部分，采用电压源串联电抗和受控电流源组合模型。短路电流周期分量初始值受电机特性影响，模型等效为电压源串联电抗的形式；短路电流周期分量开断值受低电压穿越控制策略的影响，模型处理为受控电流源模型。

计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I_k"时，短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中。该电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b时，计算步骤如下：

S1.忽略双馈风电机组的作用，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件U_∑＝U₀+U_k+U_ΔI＝0，形成用于短路电流计算的方程U₀+Z_kI_b+U_ΔI＝0，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i。

其中U₀为短路发生之前故障点的电压，U_k为短路发生后在故障点短路电流作用下的故障点电压变化量，U_ΔI为短路发生后在所有双馈风电机组的受控电流源作用下的故障点电压变化量，U_ΔI初始值为0，Z_k为故障点的系统正序等值阻抗。U_∑为短路发生后短路点总电压。

S2.双馈风电机组按照受控电流源模型处理，受控电流源的电流值主要受定子电流参考值计算和转子侧换流器限幅两个方面的影响。其中，受控电流源模型计算方法包括以下步骤：

S2.1根据计算的机端电压u_i判断每台双馈风电机组是否进入低电压穿越状态，若进入执行下一步S2.2；若不进受控电流源的电流值为0，进入S3。其中，低电压判断条件u_{LV_in}可由机电或电磁暂态参数中获取，并且机端电压u_i小于u_{LV_in}则进入低电压穿越。

S2.2计算低电压期间定子无功电流和有功电流参考值。由于网侧换流器无功为0，则定子无功电流等于流入电网的无功电流。无功电流可以利用低电压穿越期间的无功控制策略获取，通常有三种方法：根据机端电压计算无功电流(见公式1)、直接给定无功电流(见公式2)、根据给定无功功率计算无功电流(见公式3)。有功电流按照两种方法计算，第一种方法保持为故障前电流处理，第二种方法是根据机电或电磁暂态参数中的低电压穿越期间的有功控制策略处理。

无功电流计算方法一：根据机端电压计算无功电流：

i_{sq_ref}＝K_d(0.9-U_s)I_N (1)

其中，K_d为无功电流增益系数，一般不小于1.5；U_s为风电机组机端电压标幺值；I_N为额定电流。

无功电流计算方法二：直接给定无功电流：

i_{sq_ref}＝I_Q (2)

其中，I_Q为给定的无功电流。

无功电流计算方法三：根据给定无功功率计算无功电流：

其中，Q为给定的无功功率。

S2.3根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示。按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流i_{rq_ref_lim}。

定子电压方程中不考虑磁链动态过程，流入发电机的转子电流用定子电流表示，并代入定子电流参考值公式。同时考虑到转速ω₁＝1.0，采用定电网电压定向q轴电压u_sq＝0，由此得到dq轴转子电流参考值：

其中，L_s为定子侧电感标幺值；L_m为励磁电感标幺值。

转子侧换流器受电流限制，按照无功电流优先原则，经转子侧换流器限幅后的dq轴的转子电流：

其中，I_rmax为转子换流器最大限流值。

当计算的转子电流超过换流器限流值时，将优先无功输出，再根据换流器的总限幅决定有功电流的大小。

S2.4根据限幅后的dq轴转子电流i_{rd_ref_lim}、i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功、无功电流i_sd、i_sq。

故障稳态期间，定子磁链自由分量衰减完毕，转子电流稳定于参考值，磁链微分项为0，且dq轴转子电流值为i_{rd_ref_lim}、i_{rq_ref_lim}。忽略定子电阻和网侧换流器的短路电流贡献，定子有功电流i_sd、无功电流i_sq即为对应的受控源电流值，因此，受控电流有功、无功电流可简化为：

其中，min的含义是取最小值。

受控电流值I_control＝i_sd+ji_sq。

S3.考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，采用节点电压方程法或互阻抗法更新三相短路的边界条件中的U_ΔI，生成更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程U₀+Z_kI_b.new+U_ΔI＝0，并基于该方程计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；

S4.判断|u_i.new-u_i|＜ξ是否满足，其中ξ为足够小的阈值，可取0.000001。若满足则计算结束。若不满足，则令u_i＝u_i.new，然后返回S2继续执行，通过迭代计算来提高结果精度。

本发明实施方式提供一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算系统，系统包括：

计算单元，用于计算短路电流周期分量初始值和计算短路电流周期分量开断值：

其中，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量初始值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I_k"。

优选地，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，包括：

电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

其中，计算短路电流周期分量开断值，包括：

S1，假设不计入双馈风电机组的影响，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i。

优选地，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i还包括：

利用边界条件U_∑＝U₀+U_k+U_ΔI＝0，形成用于短路电流计算的方程U₀+Z_kI_b+U_ΔI＝0，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i；

其中U₀为短路发生之前故障点的电压，U_k为短路发生后在故障点短路电流作用下的故障点电压变化量，U_ΔI为短路发生后在所有双馈风电机组的受控电流源作用下的故障点电压变化量，U_ΔI初始值为0，Z_k为故障点的系统正序等值阻抗，U_∑为短路发生后短路点总电压。

S2,将双馈风电机组等效为受控电流模型，根据机端电压u_i判断双馈风电机组是否进入低电压穿越状态；当双馈风电机组进入低电压穿越状态时，计算双馈风电机组在低电压期间的无功电流和有功电流的参考值；根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示；按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到dq轴下的转子电流值i_{rd_ref_lim}、转子电流值i_{rq_ref_lim}；根据转子电流值i_{rd_ref_lim}、转子电流值i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq，根据定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq即计算双馈风电机组的受控电流源的电流值I_control。优选地，当双馈风电机组没有进入低电压穿越状态时，包括：

双馈风电机组的受控电流源的电流值为0，进入步骤S3。

S3,考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，更新三相短路的边界条件，生成更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，基于更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；

S4,判断修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new与双馈风电机组的机端电压u_i的差值，当差值小于预设的阈值时，则计算满足收敛条件，I_b.new即为双馈风电机组短路电流周期分量开断值，u_i.new为短路后的机端电压，计算结束。

优选地，计算单元还用于：差值不小于预设的阈值时，则令机端电压u_i等于机端电压u_i.new，返回S2继续执行，反复迭代，最后求取精确的双馈风电机组短路电流周期分量开断值。

本发明实施方式提供一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算系统与本发明另一实施方式提供一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算方法，所述方法包括计算短路电流周期分量初始值和计算短路电流周期分量开断值：

其中，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量初始值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I″_k；

其中，计算短路电流周期分量开断值，包括：

S1，假设不计入双馈风电机组的影响，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i；

S2,将双馈风电机组等效为受控电流模型，根据所述机端电压u_i判断双馈风电机组是否进入低电压穿越状态；当双馈风电机组进入低电压穿越状态时，计算双馈风电机组在低电压期间的无功电流和有功电流的参考值；根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示；按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}；根据所述d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、所述q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq，根据所述定子短路有功电流i_sd、所述定子短路无功电流i_sq即得到双馈风电机组的受控电流源的电流值I_control；

S3,考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，更新三相短路的边界条件，生成更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，基于更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；

S4，判断修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new与双馈风电机组的机端电压u_i的差值，当所述差值小于预设的阈值时，则计算满足收敛条件，所述I_b.new即为双馈风电机组短路电流周期分量开断值，u_i.new为短路后的机端电压，计算结束。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：所述差值不小于预设的阈值时，则令机端电压u_i等于修正后的机端电压u_i.new，返回S2继续执行，反复迭代，最后求取精确的双馈风电机组短路电流周期分量开断值。

3.根据权利要求1所述的方法，所述短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，包括：

电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

4.根据权利要求1所述的方法，所述当双馈风电机组没有进入低电压穿越状态时，包括：

双馈风电机组的受控电流源的电流值为0，进入步骤S3。

5.根据权利要求1所述的方法，所述根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i还包括：

利用边界条件U_∑＝U₀+U_k+U_ΔI＝0，形成用于短路电流计算的方程U₀+Z_kI_b+U_ΔI＝0，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i；

其中，U₀为短路发生之前故障点的电压，U_k为短路发生后在故障点短路电流作用下的故障点电压变化量，U_ΔI为短路发生后在所有双馈风电机组的受控电流源作用下的故障点电压变化量，U_ΔI初始值为0，Z_k为故障点的系统正序等值阻抗，U_∑为短路发生后短路点总电压。

6.一种基于组合模型的双馈风电机组三相短路电流计算系统，所述系统包括：

计算单元，用于计算短路电流周期分量初始值和计算短路电流周期分量开断值：

其中，短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量初始值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量初始值I″_k；

其中，计算短路电流周期分量开断值，包括：

S1，假设不计入双馈风电机组的影响，根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i；

S2,将双馈风电机组等效为受控电流模型，根据所述机端电压u_i判断双馈风电机组是否进入低电压穿越状态；当双馈风电机组进入低电压穿越状态时，计算双馈风电机组在低电压期间的无功电流和有功电流的参考值；根据定子电压方程和磁链方程，将转子电流用定子电流表示；按照无功电流优先原则，转子电流经转子侧换流器电流限幅后得到d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}；根据所述d轴转子电流值i_{rd_ref_lim}、所述q轴转子电流值i_{rq_ref_lim}计算定子短路有功电流i_sd、定子短路无功电流i_sq，根据所述定子短路有功电流i_sd、所述定子短路无功电流i_sq即得到双馈风电机组的受控电流源的电流值I_control；

S3,考虑双馈风电机组等效的受控电流源作用，更新三相短路的边界条件，生成更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，基于更新后的用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算得到修正后的双馈风电机组短路电流周期分量开断值I_b.new，以及修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new；

S4，判断修正后的双馈风电机组的机端电压u_i.new与双馈风电机组的机端电压u_i的差值，当所述差值小于预设的阈值时，则计算满足收敛条件，所述I_b.new即为双馈风电机组短路电流周期分量开断值，u_i.new为短路后的机端电压，计算结束。

7.根据权利要求6所述的系统，所述计算单元还用于：所述差值不小于预设的阈值时，则令机端电压u_i等于修正后的机端电压u_i.new，返回S2继续执行，反复迭代，最后求取精确的双馈风电机组短路电流周期分量开断值。

8.根据权利要求6所述的系统，所述短路电流周期分量的初始值计算是将短路模型处理为电压源串联电抗的形式，并将电抗计入电网导纳矩阵中，包括：

电抗值X＝X_s+X_rX_m/(X_r+X_m)，其中，X_s为双馈异步发电机的定子漏抗，X_r为双馈异步发电机的转子漏抗，X_m为双馈异步发电机励磁电抗。

9.根据权利要求6所述的系统，所述当双馈风电机组没有进入低电压穿越状态时，包括：

双馈风电机组的受控电流源的电流值为0，进入步骤S3。

10.根据权利要求6所述的系统，所述根据电网拓扑结构、模型参数及三相短路的边界条件，生成用于计算短路电流周期分量开断值的方程，计算双馈风电机组的短路电流周期分量开断值I_b及双馈风电机组的机端电压u_i，还包括：

利用边界条件U_∑＝U₀+U_k+U_ΔI＝0，形成用于短路电流计算的方程U₀+Z_kI_b+U_ΔI＝0，并求解得到短路点的三相短路电流周期分量开断值I_b，以及每台双馈风电机组的机端电压u_i；

其中，U₀为短路发生之前故障点的电压，U_k为短路发生后在故障点短路电流作用下的故障点电压变化量，U_ΔI为短路发生后在所有双馈风电机组的受控电流源作用下的故障点电压变化量，U_ΔI初始值为0，Z_k为故障点的系统正序等值阻抗，U_∑为短路发生后短路点总电压。

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