CN112671042B - 基于短路比的虚拟阻抗接入方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基于短路比的虚拟阻抗接入方法、装置及电子设备，方法包括：构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型及所述短路比与线路阻抗关系模型；根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起的短路故障误判；若判断存在短路故障，则根据所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。本发明能够在弱电网情况下，利用短路比最优阻抗计算方式计算双馈机组在电网故障时的最佳虚拟阻抗接入值，使双馈机组达到最优的故障穿越能力。

Description

基于短路比的虚拟阻抗接入方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及基于短路比的虚拟阻抗接入方法、装置及电子设备。
背景技术
随着新能源的不断发展，风电光伏等新能源发电机装机数量逐渐增多，风电接入规模不断增大，风电的高渗透率会导致电网强度的降低。风电接入弱电网的情况下，电网线路阻抗将不可忽略。目前的风电机组主要采取双馈机组，即定子侧直接和电网连接，转子侧通过换流器与电网相连。当电网发生短路故障时，强电网下，在双馈机组定子端电压与电网电压跌落相同；而弱电网情况下，因无功电流在线路阻抗产生压降，定子端电压会跌落得更多，短路的故障短路电流也会随之发生改变，并且弱电网情况下存在较为频繁的电压波动异变和电压闪变现象。因双馈发电机的转子侧通过换流器会与电网相连，目前通常在转子侧采取一定的控制措施以控制发电机组，而出现短路故障时转子侧将会出现过电流，对换流器造成损害，双馈机组的传统矢量控制策略面对低电压故障不能很好地完成故障穿越抑制故障短路电流，针对这一情况，现有研究已经提出了不少的改进措施加强故障穿越能力，通常分为直接增加额外的硬件装备和优化双馈机组本身的控制策略来改善系统的故障穿越性能两种方式。
目前，直接增加额外的硬件装备方法中常采取接入撬棒电路或在转子侧串联实际电阻的方法减小故障短路电流，增强故障穿越能力；优化双馈机组本身的控制策略方面采取电压型虚拟同步优化控制策略替代传统矢量控制策略，但这些改进措施都还较少考虑弱电网情况下不可忽略的线路阻抗对于双馈机组端电压跌落和故障短路电流大小的影响。在短路比较小的弱电网中，线路阻抗的存在影响着改进措施的可行性，目前常使用虚拟同步措施替代传统矢量措施可在弱电网情况下获得更好的控制，但常用的虚拟同步控制措施因为本身并不具有故障穿越的能力，在出现短路故障时转子侧出现的过电流将损坏换流器，需要考虑添加虚拟阻抗。现有技术中，并未考虑弱电网中的线路阻抗以及电压闪变等因素的影响，会出现虚拟阻抗阻值选择不当或者出现故障误判，虚拟阻抗的阻值过大或误接入会降低控制系统的动态性能，使得控制响应变慢，过小的阻抗又会导致无法完全抑制过电流等情况。可见，现有技术中，存在虚拟阻抗接入值计算准确率低且未考虑弱电网情况下电压波动的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于短路比的虚拟阻抗接入方法，能够在弱电网情况下，针对双馈机组发生电网故障时，利用短路比最优阻抗计算方式构建一个转子侧接入虚拟阻抗精确计算模型，该计算模型只与电网强度(短路比)和电网故障程度有关，可精确计算最适应于电网故障的虚拟阻抗接入值，使双馈机组达到最优的故障穿越能力。
第一方面，本发明实施例提供一种基于短路比的虚拟阻抗接入方法，用于获取在虚拟同步控制下，电网线路阻抗无法忽略时，即弱电网情况下双馈机组的目标虚拟阻抗接入值，包括以下步骤：
构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型；
根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；
若存在所述短路故障而非所述电压波动异变，则根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；
根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。
可选的，构建所述短路比与定子侧跌落电压关系模型的步骤具体包括：
获取故障时电网跌落电压与定子侧额外跌落电压；
根据所述电网跌落电压与所述定子侧额外跌落电压构建第一函数关系；
基于预设函数，构建所述电网跌落电压及所述定子侧额外跌落电压与所述短路比的第二函数关系；
根据所述第一函数关系与所述第二函数关系进行转换，得到所述短路比与所述定子侧跌落电压关系模型。
可选的，构建短路比与线路阻抗关系模型的步骤具体包括：
获取线路公共连接点的短路容量与动力装置的额定输出功率；
基于短路比标准函数进行关系转换，得到所述短路比与所述线路阻抗关系模型。
可选的，构建转子侧阻抗关系模型的步骤包括：
获取转子侧电阻以及转子侧电抗；
根据所述转子侧电阻以及所述转子侧电抗构建所述转子侧阻抗关系模型。
可选的，所述预设条件包括预设时间阈值以及预设故障短路电流阈值，所述根据预设条件判断是否存在短路故障的步骤具体包括：
获取所述电压波动异变时引起的波动电流以及波动时间；
判断所述波动电流是否达到所述预设故障短路电流阈值，以及所述波动时间是否达到预设时间阈值；
若所述波动电流达到所述预设故障短路电流阈值，且所述波动时间达到预设时间阈值，则判断发生所述短路故障，否则判断为弱电网情况下的所述电压波动异变。
可选的，所述根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流的步骤具体包括：
若判断发生所述短路故障，则获取故障时转子侧暂态感应电压及转子侧阻抗；
根据所述短路比与定子侧跌落电压关系模型、所述短路比与线路阻抗关系模型建立所述转子侧暂态感应电压与所述定子侧跌落电压之间的第三函数关系；
根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算所述故障短路电流。
可选的，所述根据所述故障短路电流以及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值的步骤具体包括：
预设所述最大允许电流、并添加所述目标虚拟阻抗；
基于根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算出的所述故障短路电流，以及所述最大允许电流计算所述目标虚拟阻抗接入值。
可选的，所述获取故障时转子侧暂态感应电压的步骤具体包括：
根据所述电网跌落电压以及所述定子侧额外电压跌落，基于暂态电压计算函数计算所述故障时转子侧暂态感应电压。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于短路比的虚拟阻抗接入装置，用于获取在虚拟同步控制下，电网线路阻抗无法忽略时，即弱电网情况下双馈机组的目标虚拟阻抗接入值，所述装置包括：
构建模块，用于构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型；
故障判断模块，用于根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；
计算模块，用于若存在所述短路故障而非所述电压波动异变，则根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；
虚拟阻抗计算模块，用于根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例提供的基于短路比的虚拟阻抗接入方法中的步骤。
本发明实施例中，构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型；根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；若存在所述短路故障而非所述电压波动异变，则根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。由于通过构建短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型，当存在电网故障时，向电路中加入虚拟阻抗，然后根据已建立的模型计算出故障短路电流的大小，再根据故障短路电流及预设的最大允许电流确定向电路中加入的虚拟阻抗的大小，也即是目标虚拟阻抗，这样，能够在弱电网情况下，针对双馈机组发生电网故障时，利用短路比最优阻抗计算方式构建一个转子侧的目标虚拟阻抗精确计算模型，计算最适应于电网故障的目标虚拟阻抗的接入值，使双馈机组达到最优的故障穿越能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于短路比的虚拟阻抗接入方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的双馈风机组系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的同等故障条件时不同短路比的定子侧跌落电压的关系示意图；
图4是本发明实施例提供的电网发生短路故障后的故障短路电流的简单模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于短路比的虚拟阻抗接入方法的流程图，该方法用于获取在虚拟同步控制下，电网线路阻抗无法忽略时，即弱电网情况下双馈机组的目标虚拟阻抗接入值。如图1所示，该方法包括以下步骤：
S1、构建双馈机组输出阻抗模型。
在本发明实施例中，结合图2所示，图2为本实施例提供的双馈风机组系统的结构示意图。系统200包括风机201、齿轮箱202、双馈异步风力发电机(DFIG)203、转子侧变流器204、网测变流器205、变压器206、线路阻抗207以及电网208，且根据上述顺序依次连接，同时双馈式感应发电机还连接到变压器206与网测变流器205之间，电网208可以是三相电网。
其中，齿轮箱202其主要功用是将风机201在风力作用下所产生的动力传递给双馈异步风力发电机203并使其得到相应的转速。双馈异步风力发电机203由定子绕组直连定频三相电网的绕线型异步发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背绝缘栅双极型晶体管((Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)电压源变流器组成。上述的“双馈”表示定子和转子都可以和电网进行功率交换。变流器包括转子侧变流器204和网侧变流器205，且转子侧变流器204和网侧变流器205彼此独立控制。上述变压器206可以用于三相电压的转换。线路阻抗207可以用于阻碍电路中的交流电。
具体的，风机201在风力作用下所产生的动力在齿轮箱202的作用下传递给双馈异步风力发电机203并使其得到相应的转速，双馈异步风力发电机203的定子绕组直接与电网208相连，转子绕组通过转子侧变流器204和网侧变流器205与电网208连接。双馈异步风力发电机203获取到相应的转速后，采用交流励磁，根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流。当短路故障时，可以计算发电机输出的故障短路电流大小，根据故障短路电流大小与预设的最大允许电流之间的关系，可以计算出电路中的目标虚拟阻抗的大小，以控制故障短路电流在最大允许电流范围内，达到最优的故障穿越能力，提高目标虚拟阻抗接入值的准确率。
需要说明的是，上述在虚拟同步控制下，电网线路阻抗无法忽略时的双馈机组目标虚拟阻抗接入值也即是在弱电网情况下，双馈机组的最优虚拟阻抗接入值。更具体的，上述构建双馈机组输出阻抗模型可以包括弱电网情况下，构建转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及短路比与线路阻抗关系模型。针对双馈机组发生短路对称故障情况下向电路中引入虚拟阻抗，上述的双馈机组输出阻抗模型可以是在弱电网情况下，基于双馈机组建立的用于计算输出阻抗的模型。
其中，上述的转子侧阻抗关系模型可以是指转子一侧所产生的阻抗的函数关系。上述的短路比与定子侧跌落电压关系模型可以是指短路比与定子侧跌落电压的函数关系。上述短路比与线路阻抗关系模型可以是指短路比与线路阻抗的函数关系。
可选的，上述步骤S1具体可以包括以下步骤：
S11、获取转子侧电阻以及转子侧电抗。
其中，考虑同步控制策略下，对转子侧阻抗建模可以得到双馈机组的转子侧阻抗关系模型。上述的转子侧电阻以及转子侧电抗都可以是已知参数，可以对其进行获取。
S12、根据转子侧电阻以及转子侧电抗构建与转子侧阻抗关系模型。
具体的，转子侧阻抗关系模型如下式子(1)所示：
Zeq＝Req+jXeq (1)
其中，Zeq为转子侧阻抗，Req为转子侧电阻，Xeq为转子侧电抗，j为电抗系数。Req、Xeq以及j为已知数据，通过获取转子侧电阻Req、转子侧电抗Xeq以及预知的电抗系数j，可以建立Zeq与Req、Xeq以及j之间的关系模型以计算转子侧阻抗。
可选的，上述步骤S1具体还可以包括以下步骤：
S13、获取线路公共连接点的短路容量与动力装置的额定输出功率。
其中，上述的公共连接点的短路电容指的是并接连入电网的公共连接点(PCC)的短路容量，上述的动力装置的额定输出功率可以是指发电机的额定输出功率。根据公共连接点的短路容量与电动机的额定输出功率便可以得到断路比的标准函数。
S14、基于短路比标准函数进行关系转换，得到短路比与线路阻抗关系模型。
其中，参考如下式子(2)所示，根据公共连接点的短路容量与动力装置的额定输出功率与短路比之间的关系，公共连接点的短路容量与动力装置的额定输出功率与公共连接点的短路电压、线路阻抗、线路电阻及电感之间的关系，进行关系转换后，便可以得出式子(3)，即短路比与线路阻抗关系的函数关系，也即是短路比与线路阻抗关系模型。
Figure BDA0002898812580000071
Figure BDA0002898812580000072
其中，SCR指电网的短路比，SSC为公共连接点(PCC)处的短路容量，Pge为发电机的额定输出功率,UG为公共连接点处的短路电压，ZL为线路阻抗，RL、XL为线路电阻及电感。短路比越小意味着短路容量越小，电网强度也就越弱。且由式子(3)可知，短路比越小，线路阻抗越大，同等故障情况下，定子侧的电压跌落就越大。在现有的规定中，根据IEEE(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会)输配电委员会制定的弱电网标准为当短路比小于3时，电网即判断为弱电网。
可选的，上述S1还包括步骤：
S15、获取故障时电网跌落电压与定子侧额外跌落电压。
其中，电网跌落电压可以表示在不考虑线路阻抗下，定子侧跌落后电压。上述的定子侧额外跌落电压可以表示出现故障时定子侧额外的电压跌落。当电网发生故障时，定子侧电压跌落与短路比存在关联，且额外的电压跌落是由线路阻抗所引起，在电网发生跌落故障时，双馈机组会输出一定的无功电流，无功电流经过线路阻抗，会产生一部分压降，从而导致定子侧的额外电压跌落。因而，可以获取上述的电网跌落电压与定子侧额外跌落电压。
S16、根据电网跌落电压与定子侧额外跌落电压构建第一函数关系。
具体的，参照图3所示，为本发明实施例提供的同等故障条件(电网跌落电压跌落为0.5p.u)时不同短路比的定子侧电压跌落情况。图3左侧图为短路比S＝2时定子侧电压跌落的情况，且从图中可以得知，此时定子侧跌落电压为0.4p.u。图3右侧图为短路比S＝1时定子侧电压跌落的情况，且从图中可以得知，此时定子侧跌落电压为0.3p.u。根据上述图3的测试结果，便可以构建短路比与定子侧跌落电压关系模型。
其中，获取得到上述故障时电网跌落电压与定子侧额外跌落电压之后，可以建立电网跌落电压及定子侧额外跌落电压的第一函数关系，该第一函数关系为电网跌落电压及定子侧额外跌落电压与定子侧跌落电压之间的函数关系，具体如式子(4)所示：
UD＝Up-ΔUp (4)
其中，UD为定子侧跌落电压；Up表示不考虑线路阻抗下的定子侧跌落后电压，即电网跌落电压；ΔUp表示故障时定子侧额外跌落电压。从式子(4)可知，定子侧跌落电压为电网跌落电压与定子侧额外跌落电压的差值。
S17、基于预设函数，构建电网跌落电压及定子侧额外跌落电压与短路比的第二函数关系。
如下式子(5)所示，上述的预设函数可以是幂函数，获取得到上述电网跌落电压与定子侧额外跌落电压之后，可以构建与短路比之间的第二函数关系，具体式子(5)如下所示：
ΔUp＝edsUp (5)
其中，e表示预设函数，d为函数系数，s表示短路比SCR。从式子(5)可知，定子侧额外跌落电压和短路比为反比关系，系数d应小于0。且定子侧额外跌落电压为预设函数与电网跌落电压的乘积，函数系数与短路比作为预设函数的指数。
S18、根据第一函数关系与第二函数关系进行转换，得到短路比与定子侧跌落电压关系模型。
其中，结合上述的式子(4)与式子(5)进行转换，便可以得到短路比与定子侧跌落电压的函数关系，也即是上述的短路比与定子侧跌落电压的关系模型，具体如下式子(6)所示：
UD＝(1-eds)Up (6)
S2、根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判。
其中，预设条件中可以包括多个阈值条件，当同时满足多个预设条件后，可以判断发生电网故障，而非电压波动异变，此时便可以加入虚拟阻抗。上述阈值条件可以是电流限制条件、时间限制条件，当然，也还可是其他能够实现同等判断效果的阈限制条件，例如：电压限制条件等。
具体的，上述的电压波动异变的情况可以包括电压闪变及电压波动。在弱电网中，会出现电压波动和电压闪变等情况，且随着电网强度的降低，电压波动和电压闪变的幅值也会相应地增大，电压波动和电压闪变可能会被误认为短路故障而导致投入虚拟阻抗，从而影响同步阻抗的动态特性。
可选的，预设条件包括预设时间阈值以及预设故障短路电流阈值，上述S2具体可以包括以下步骤：
S21、获取电压波动异变时引起的波动电流以及波动时间。
其中，上述的预设条件可以包括预设时间阈值以及预设故障短路电流阈值。
参考表1所示，表1为短路比与短时间内电压闪变值的关系。
Figure BDA0002898812580000101
由表1可知，Pst(电压闪变值)与短路比存在反比例关系。因此，越弱的电网下，越需要考虑电压波动及电压闪变带来的影响。可以在电路出现电压波动及电压闪变时，获取电压波动及电压闪变引起的波动电流以及波动时间，用于与预设条件进行比较判断。
S22、判断波动电流是否达到预设故障短路电流阈值，以及波动时间是否达到预设时间阈值。
S23、若波动电流达到预设故障短路电流阈值，且波动时间达到预设时间阈值，则判断发生短路故障，否则判断为弱电网情况下的电压波动异变。
其中，可以将获取到的波动电流以及波动时间分别与预设故障短路电流阈值以及预设时间阈值进行比较，判断波动电流是否大于等于预设故障短路电流阈值，以及故障时间是否大于等于预设时间阈值。具体的，预设条件如下：
t≥t0
Ie≥Il
其中，t0为故障判断时间，Il为故障判断电流，当出现的电压波动引起的波动电流Ie(过电流)大于等于Il，且波动时间t大于等于t0时，则判断为短路故障，此时向电路中接入虚拟阻抗，这样，可有效避免弱电网情况下的误动作。
可选的，若波动电流未达到预设故障短路电流阈值和/或波动时间未达到预设时间阈值，则判断没有出现电压波动异变引起短路故障，因此，可以不用向电路中引入虚拟阻抗。
S3、若存在短路故障而非电压波动异变，则根据双馈机组输出阻抗模型中的转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流。
其中，当判断出电网的短路故障后，便可以结合电路中转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及短路比与线路阻抗关系模型进行函数关系的转换化简，带入已知数据便可以计算出故障短路电流的大小。
可选的，上述S3具体可以包括以下步骤：
S31、若判断发生短路故障，则获取故障时转子侧暂态感应电压。
其中，当短路故障时，根据式子(5)可知，定子侧额外跌落电压和短路比存在着反比关系。同时定子侧电压跌落会感应出幅值较大的直流暂态磁链，从而在转子侧感应出相应的暂态电动势，便会存在上述的转子侧暂态感应电压。因此，根据定子侧跌落电压与转子侧暂态感应电压之间的函数关系，可以获取故障时转子侧暂态感应电压Uc。
具体的，根据电网跌落电压及定子侧额外电压跌落与定子侧跌落电压之间的关系，基于暂态电压计算函数可以计算故障时转子侧暂态感应电压。以定子侧跌落电压为暂态电压计算函数的变量，便可以根据定子侧跌落电压获取到转子侧暂态感应电压。参考如下式子(7)所示：
UC＝γ(UD)＝γ(Up-edsUp) (7)
其中，Uc为转子侧暂态感应电压，表示函数，上述Up表示电网跌落电压，edsUp表示定子侧额外跌落电压，Up-edsUp也即表示上述的定子侧跌落电压。这样，便可以建立得到上述转子侧暂态感应电压与定子侧跌落电压的函数关系，并且从式子(7)可知Uc也与电网的强弱(短路比)有函数关系。
S32、根据短路比与定子侧跌落电压关系模型、短路比与线路阻抗关系模型建立转子侧暂态感应电压与定子侧跌落电压之间的第三函数关系。
具体的，参考图4所示，图4为本发明实施例提供的电网发生短路故障后的转子侧的故障短路电流简单模型图。为考虑虚拟同步控制下的双馈机组转子侧阻抗，故障时转子侧暂态感应电压Uc为输入，输出为定子侧跌落后电压。且故障短路电流的流向也是依次经过转子侧到定子侧。
将式子(6)与式子(7)做差后，结合式子(1)可以转换得到下述式子(8):
UC-UD＝IeReq+jXeqIe (8)
其中，Ie为流过转子换流器电流，式子(8)即为转子侧暂态感应电压与定子侧跌落电压之间的第三函数关系。
S33、根据第三函数关系及转子侧阻抗关系模型计算故障短路电流。
其中，根据上述式子(8)，便可以解得故障短路电流如下述式子(9)：
Figure BDA0002898812580000111
其中，UD(0-)表示故障发生前的定子侧电压值，UD(0+)表示故障发生后的定子侧电压值，Uc(0-)为正常稳态运行时的转子侧电压。
最大的故障短路电流可以对上述的式子(9)与式子(6)，式子(7)进行
关系转化，得到下述式子(10)：
Figure BDA0002898812580000121
其中，式子(10)的第一部分为正常运行时的稳态电流，为一常数定值，Up(0-)为正常稳态下的电网电压，k为定子侧电压和电网电压之间的变压器比值。
具体的，由上述式子(10)可知，故障短路电流由电网的短路比S和电网跌落电压Up决定即由电网强度和故障程度决定。同时由式子(10)可知，增大电阻的阻值Req可有效减小故障短路电流Ie，避免损害转子侧逆变器。但阻值选取需要进行相应的计算，阻值过大会影响到控制措施的反应速度，阻值过小则无法有效抑制过电流。
S4、根据故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。
其中，预设的最大允许电流可以用于限定计算，这样有利于根据故障短路电流以及最大允许电流之间的关系计算出更加准确的目标虚拟阻抗接入值的大小。
可选的，上述S4具体可以包括以下步骤：
S41、预设最大允许电流、并添加目标虚拟阻抗。
其中，得到最大的故障短路电流Ie之后，可以设置最大允许故障短路电流值Ip，同时设置目标虚拟阻抗ΔR，使得短路造成的故障短路电流通过增加目标虚拟阻抗控制在最大允许故障短路电流值。此时，可以忽略暂态性能，令：
Ie≤Ip
S42、基于根据第三函数关系及转子侧阻抗关系模型计算出的故障短路电流，以及最大允许电流计算目标虚拟阻抗接入值。
其中，根据上述计算出来的最大的故障短路电流以及上述的最大允许电流，结合式子(10)以及上述的故障短路电流与最大允许电流之间关系，便可以精确的计算出增加的目标虚拟阻抗ΔR的大小。此时计算出的ΔR即为最优的阻抗接入值，且与短路比S以及电网跌落电压Up之间存在函数关系即可直接根据电网强度和故障程度直接计算最优的虚拟阻抗接入值。
可选的，本发明实施例提供的一种基于短路比的虚拟阻抗接入方法还可以包括步骤：
S5、若根据预设条件判断为电压波动异变而非短路故障，则不引入虚拟阻抗。
若判断出并非电网发生短路故障而是弱电网情况下的电压波动及电压闪变，此时便可以不用投入虚拟阻抗。通过设置故障判断，将其加入到虚拟同步控制中，避免了由于弱电网情况下的电压闪变以及电压波动引起的误动作。
在本发明实施例中，通过构建双馈机组输出阻抗模型，双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下，转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及短路比与线路阻抗关系模型；根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；若存在短路故障，则根据双馈机组输出阻抗模型中的转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型计算故障短路电流；根据故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。由于通过构建短路比与定子侧跌落电压关系模型以及短路比与线路阻抗关系模型，当存在电网故障时，通过向电路中加入虚拟阻抗，然后根据已建立的模型计算出故障短路电流的大小，再根据故障短路电流及预设的最大允许电流确定向电路中加入的目标虚拟阻抗的大小，以保证将故障短路电流控制在最大允许故障短路电流值。这样，能够在弱电网情况下，针对双馈机组发生电网故障时，利用短路比最优阻抗计算方式构建一个转子侧的目标虚拟阻抗精确计算模型，计算最适应于电网故障的目标虚拟阻抗的接入值，使双馈机组达到最优的故障穿越能力。
本发明实施例还提供的一种基于短路比的虚拟阻抗接入装置，用于获取在虚拟同步控制下，电网线路阻抗无法忽略时，即弱电网情况下双馈机组的目标虚拟阻抗接入值，所述装置包括：
构建模块，用于构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型；
故障判断模块，用于根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；
计算模块，用于若存在所述短路故障而非所述电压波动异变，则根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；
虚拟阻抗计算模块，用于根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。
可选的，所述构建模块包括：
第一获取子模块，用于获取故障时电网跌落电压与定子侧额外跌落电压；
第一构建子模块，用于根据所述电网跌落电压与所述定子侧额外跌落电压构建第一函数关系；
第二构建子模块，用于基于预设函数，构建所述电网跌落电压及所述定子侧额外跌落电压与所述短路比的第二函数关系；
转换子模块，用于根据所述第一函数关系与所述第二函数关系进行转换，得到所述短路比与所述定子侧跌落电压关系模型。
可选的，所述构建模块还包括：
获取线路公共连接点的短路容量与动力装置的额定输出功率；
基于短路比标准函数进行关系转换，得到所述短路比与所述线路阻抗关系模型。
可选的，所述第三获取子模块还包括：
获取子单元，用于获取转子侧电阻以及转子侧电抗；
第二计算子单元，用于根据所述转子侧电阻以及所述转子侧电抗构建所述转子侧阻抗关系模型。
可选的，所述预设条件包括预设时间阈值以及预设故障短路电流阈值，所述故障判断模块包括：
第二获取子模块，用于获取电压波动异变时引起的波动电流以及波动时间；
第一判断子模块，用于判断所述波动电流是否达到所述预设故障短路电流阈值，以及所述波动时间是否达到预设时间阈值；
第二判断子模块，用于若所述波动电流达到所述预设故障短路电流阈值，且所述波动时间达到预设时间阈值，则判断发生所述短路故障，否则判断为弱电网情况下的所述电压波动异变。
可选的，所述计算模块还包括：
第三获取子模块，用于若判断发生所述短路故障，则获取故障时转子侧暂态感应电压；
第三构建子模块，用于结合所述短路比与定子侧跌落电压关系模型与所述短路比与线路阻抗关系模型建立所述转子侧暂态感应电压与所述定子侧跌落电压之间的第三函数关系；
第一计算子模块，用于根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算所述故障短路电流。
可选的，所述虚拟阻抗计算模块包括：
预设子模块，用于预设所述最大允许电流、并添加所述目标虚拟阻抗；
第二计算子模块，用于基于根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算出的所述故障短路电流，以及所述最大允许电流计算所述目标虚拟阻抗接入值。
可选的，所述第三获取子模块还用于根据所述电网跌落电压以及所述额外电压跌落，基于暂态电压计算函数计算故障时所述转子侧暂态感应电压。
需要说明的是，本发明实施例提供的基于短路比的虚拟阻抗接入装置可以应用于进行基于短路比的虚拟阻抗接入的计算机、服务器等电子设备。本发明实施例提供的基于短路比的虚拟阻抗接入装置能够实现上述方法实施例中基于短路比的虚拟阻抗接入方法实现的各个过程，且可以达到相同的有益效果。为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还提供的一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中：
处理器用于调用存储器存储的计算机程序，用于获取弱电网情况下虚拟阻抗接入值，处理器执行如下步骤：
构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型；
根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；
若存在所述短路故障而非所述电压波动异变，则根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；
根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。
可选的，所述处理器处理的所述构建所述短路比与定子侧跌落电压关系模型的步骤具体包括：
获取故障时电网跌落电压与定子侧额外跌落电压；
根据所述电网跌落电压与所述定子侧额外跌落电压构建第一函数关系；
基于预设函数，构建所述电网跌落电压及所述定子侧额外跌落电压与所述短路比的第二函数关系；
根据所述第一函数关系与所述第二函数关系进行转换，得到所述短路比与所述定子侧跌落电压关系模型。
可选的，所述处理器处理的所述构建短路比与线路阻抗关系模型的步骤具体包括：
获取线路公共连接点的短路容量与动力装置的额定输出功率；
基于短路比标准函数进行关系转换，得到所述短路比与所述线路阻抗关系模型。
可选的，所述处理器处理的所述构建转子侧阻抗关系模型的步骤包括：
获取转子侧电阻以及转子侧电抗；
根据所述转子侧电阻以及所述转子侧电抗构建所述转子侧阻抗关系模型。
可选的，所述预设条件包括预设时间阈值以及预设故障短路电流阈值，所述处理器处理的所述根据预设条件判断是否存在短路故障的步骤具体包括：
获取电压波动异变时引起的波动电流以及波动时间；
判断所述波动电流是否达到所述预设故障短路电流阈值，以及所述波动时间是否达到预设时间阈值；
若所述波动电流达到所述预设故障短路电流阈值，且所述波动时间达到预设时间阈值，则判断发生所述短路故障，否则判断为弱电网情况下的所述电压波动异变。
可选的，所述处理器处理的所述根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流的步骤具体包括：
若判断发生所述短路故障，则获取故障时转子侧暂态感应电压；
根据所述短路比与定子侧跌落电压关系模型、所述短路比与线路阻抗关系模型建立所述转子侧暂态感应电压与所述定子侧跌落电压之间的第三函数关系；
根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算所述故障短路电流。
可选的，所述处理器处理的所述根据所述故障短路电流以及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值的步骤具体包括：
预设所述最大允许电流、并添加所述目标虚拟阻抗；
基于根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算出的所述故障短路电流，以及所述最大允许电流计算所述目标虚拟阻抗接入值。
可选的，所述处理器处理的所述获取故障时转子侧暂态感应电压的步骤具体包括：
根据所述电网跌落电压以及所述额外电压跌落，基于暂态电压计算函数计算所述故障时转子侧暂态感应电压。
需要说明的是，本技术领域技术人员可以理解，上述的电子设备是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。例如：上述电子设备为应用于可以进行基于短路比的虚拟阻抗接入的计算机、服务器等设备。本发明实施例提供的电子设备能够实现上述方法实施例中基于短路比的虚拟阻抗接入方法实现的各个过程，且可以达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
存储器至少包括一种类型的可读存储介质，可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器可以是电子设备的内部存储单元，例如该电子设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器也可以是电子设备的外部存储设备，例如该电子设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，存储器还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器通常用于存储安装于电子设备的操作系统和各类应用软件，例如基于短路比的虚拟阻抗接入方法的程序代码等。此外，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
处理器在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制电子设备的总体操作。本实施例中，处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据，例如运行基于短路比的虚拟阻抗接入方法的程序代码。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于短路比的虚拟阻抗接入方法，用于获取在虚拟同步控制下，电网线路阻抗无法忽略时，即弱电网情况下双馈机组的目标虚拟阻抗接入值，其特征在于，包括以下步骤：
构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型；
根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；
若存在所述短路故障而非所述电压波动异变，则根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；
根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。
2.如权利要求1所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法，其特征在于，构建所述短路比与定子侧跌落电压关系模型的步骤具体包括：
获取故障时电网跌落电压与定子侧额外跌落电压；
根据所述电网跌落电压与所述定子侧额外跌落电压构建第一函数关系；
基于预设函数，构建所述电网跌落电压及所述定子侧额外跌落电压与所述短路比的第二函数关系；
根据所述第一函数关系与所述第二函数关系进行转换，得到所述短路比与所述定子侧跌落电压关系模型。
3.如权利要求1所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法，其特征在于，构建短路比与线路阻抗关系模型的步骤具体包括：
获取线路公共连接点的短路容量与动力装置的额定输出功率；
基于短路比标准函数进行关系转换，得到所述短路比与所述线路阻抗关系模型。
4.如权利要求1所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法，其特征在于，构建转子侧阻抗关系模型的步骤包括：
获取转子侧电阻以及转子侧电抗；
根据所述转子侧电阻以及所述转子侧电抗构建所述转子侧阻抗关系模型。
5.如权利要求2所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法，其特征在于，所述预设条件包括预设时间阈值以及预设故障短路电流阈值，所述根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判的步骤具体包括：
获取所述电压波动异变时引起的波动电流以及波动时间；
判断所述波动电流是否达到所述预设故障短路电流阈值，以及所述波动时间是否达到预设时间阈值；
若所述波动电流达到所述预设故障短路电流阈值，且所述波动时间达到预设时间阈值，则判断发生所述短路故障，否则判断为弱电网情况下的所述电压波动异变。
6.如权利要求5所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法，其特征在于，所述根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流的步骤具体包括：
若判断发生所述短路故障，则获取故障时转子侧暂态感应电压；
根据所述短路比与定子侧跌落电压关系模型、所述短路比与线路阻抗关系模型建立所述转子侧暂态感应电压与所述定子侧跌落电压之间的第三函数关系；
根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算所述故障短路电流。
7.如权利要求6所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法，其特征在于，根据所述故障短路电流以及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值的步骤具体包括：
预设所述最大允许电流、并添加所述目标虚拟阻抗；
基于根据所述第三函数关系及所述转子侧阻抗关系模型计算出的所述故障短路电流，以及所述最大允许电流计算所述目标虚拟阻抗接入值。
8.如权利要求6所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法，其特征在于，所述获取故障时转子侧暂态感应电压的步骤具体包括：
根据所述电网跌落电压以及所述定子侧额外电压跌落，基于暂态电压计算函数计算故障时所述转子侧暂态感应电压。
9.一种基于短路比的虚拟阻抗接入装置，用于获取在虚拟同步控制下，电网线路阻抗无法忽略时，即弱电网情况下双馈机组的目标虚拟阻抗接入值，其特征在于，所述装置包括：
构建模块，用于构建双馈机组输出阻抗模型，所述双馈机组输出阻抗模型包括弱电网情况下转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型；
故障判断模块，用于根据预设条件判断是否存在电压波动异变引起短路故障误判；
计算模块，用于若存在所述短路故障而非所述电压波动异变，则根据所述双馈机组输出阻抗模型中的所述转子侧阻抗关系模型、短路比与定子侧跌落电压关系模型以及所述短路比与线路阻抗关系模型计算故障短路电流；
虚拟阻抗计算模块，用于根据所述故障短路电流及预设的最大允许电流确定目标虚拟阻抗接入值。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于短路比的虚拟阻抗接入方法中的步骤。
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