CN116299041A - 一种双馈风电机组短路电流的获取方法及系统 - Google Patents

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North China Electric Power University
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Abstract

本发明涉及一种双馈风电机组短路电流的获取方法及系统，属于风力发电系统技术领域，解决了现有双馈风机的短路电流计算结果在暂态部分精度不足的问题。该方法包括：当检测到双馈风电机组发生三相短路故障时，采集各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压；基于采集到的各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压，处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流。该方法和系统很好地解决现有双馈风机的短路电流计算结果在暂态部分精度不足的问题，可以进一步用于大规模风电场的暂态分析和线路故障保护方法的研究和实施。

Description

一种双馈风电机组短路电流的获取方法及系统
技术领域
本发明涉及风力发电系统技术领域，尤其涉及一种双馈风电机组短路电流的获取方法及系统。
背景技术
基于双馈感应发电机(DFIG)的双馈风电机组是当前风力发电的主力装备。在对包含双馈风电机组的电力系统进行故障分析及保护的过程中，短路电流计算的精确度会产生重要影响，不精确的短路电流计算方法不仅会影响线路故障分析结果，还会在保护阈值的确定时带来误差。因此，对双馈风电机组故障后的暂态特性的研究工作有着极为重要的意义。
目前，关于双馈风电机组的故障暂态分析已有较多的研究，但是，现有研究过程中通常仅考虑了故障时接入Crowbar设备后DFIG的短路电流特性，而忽略了锁相环对短路电流的影响，从而使得双馈风机的短路电流计算在暂态部分产生误差。当双馈风电机组发生短路故障时，由于短路电流受限、系统阻抗不稳定、谐波含量大、以及频率偏移的影响，基于初始故障特征判别的故障保护方法都会受到影响，因此，亟需更为精确的短路电流的计算方法。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种双馈风电机组短路电流的获取方法及系统，用以解决现有双馈风机的短路电流计算结果在暂态部分精度不足的问题。
一方面，本发明公开了一种双馈风电机组短路电流的获取方法，包括：
当检测到双馈风电机组发生三相短路故障时，采集各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压；
基于采集到的各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压，处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流。
在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：
进一步，所述处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流，包括：
当a＝1时，求解以第1台风机的解耦短路电流i′w1为未知量的一阶微分方程(1)，得到i′w1；
Figure BDA0004134405780000021
其中，i′w1表示第1台风机的解耦短路电流，uw1表示第1台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rf1表示第1台风机机端变压器的电阻；Lf1表示第1台风机机端变压器的电感；
将i′w1带入公式(2)中，求解得到第1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw1：
Figure BDA0004134405780000022
其中，
Figure BDA0004134405780000031
其中，ir,ref表示转子电流的参考值矢量；ψsm表示稳态运行时的定子磁链幅值；
Figure BDA0004134405780000032
Figure BDA0004134405780000033
Figure BDA0004134405780000034
Figure BDA0004134405780000035
Figure BDA0004134405780000036
Figure BDA0004134405780000037
其中，ω1为同步角速度，ωslip为转差角速度；Rs、Rr分别表示定子、转子电阻，Ls、Lr分别表示定子、转子电感，Lm表示定、转子互感；σ为发电机漏电系数；kp、ki分别为PI控制器的比例常数、积分常数；k表示电网发生短路后机端电压幅值的跌落率，Us0表示故障前双馈风机机端电压初始值。
进一步，所述处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流，还包括：
当1≤a＜n-1时，通过执行以下操作，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流：
将已经计算出的第a台风机的解耦短路电流i′wa带入公式(3)中，然后，求解以a+1台风机的解耦短路电流i′w(a+1)为未知量的一阶微分方程(3)，得到i′w(a+1)；
Figure BDA0004134405780000041
其中，uwa表示第a台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rfa表示第a台风机机端变压器的电阻；Lfa表示第a台风机机端变压器的电感；
将i′wa和i′w(a+1)带入公式(4)中，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw(a+1)；
Figure BDA0004134405780000042
进一步，所述处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流，还包括：
当a＝n-1时，通过执行以下操作，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流：
求解以风场出口处的短路电流I′w为未知量的一阶微分方程，如公式(5)所示：
Figure BDA0004134405780000043
式中，U0为大电网电压，Rf表示风场出口处与大电网连接的线路的电阻，Lf表示风场出口处与大电网连接的线路的电感；
得到
Figure BDA0004134405780000051
其中，C1为求解公式(6)过程中引入的参数；
根据公式(7)，求解得到第n台风机的解耦短路电流i′wn：
Figure BDA0004134405780000052
将i′wn和i′w(n-1)带入公式(4)中，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流iwn。
进一步，将最靠近母线的风机作为第1台风机。
另一方面，本发明还提供了一种双馈风电机组短路电流的获取系统，包括：
数据采集模块，用于当检测到双馈风电机组发生三相短路故障时，采集各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压；
短路电流计算模块，用于基于采集到的各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压，处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流。
在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：
进一步，在所述短路电流计算模块中，执行：
当a＝1时，求解以第1台风机的解耦短路电流i′w1为未知量的一阶微分方程(8)，得到i′w1；
Figure BDA0004134405780000053
其中，i′w1表示第1台风机的解耦短路电流，uw1表示第1台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rf1表示第1台风机机端变压器的电阻；Lf1表示第1台风机机端变压器的电感；
将i′w1带入公式(9)中，求解得到第1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw1：
Figure BDA0004134405780000061
Figure BDA0004134405780000062
其中，
Figure BDA0004134405780000063
Figure BDA0004134405780000064
其中，ir,ref表示转子电流的参考值矢量；ψsm表示稳态运行时的定子磁链幅值；
Figure BDA0004134405780000065
Figure BDA0004134405780000066
Figure BDA0004134405780000067
Figure BDA0004134405780000068
Figure BDA0004134405780000069
Figure BDA00041344057800000610
其中，ω1为同步角速度，ωslip为转差角速度；Rs、Rr分别表示定子、转子电阻，Ls、Lr分别表示定子、转子电感，Lm表示定、转子互感；σ为发电机漏电系数；kp、ki分别为PI控制器的比例常数、积分常数；k表示电网发生短路后机端电压幅值的跌落率，Us0表示故障前双馈风机机端电压初始值。
进一步，在所述短路电流计算模块中，执行：
当1≤a＜n-1时，通过执行以下操作，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流：
将已经计算出的第a台风机的解耦短路电流i′wa带入公式(10)中，然后，求解以a+1台风机的解耦短路电流i′w(a+1)为未知量的一阶微分方程(10)，得到i′w(a+1)；
Figure BDA0004134405780000071
其中，uwa表示第a台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rfa表示第a台风机机端变压器的电阻；Lfa表示第a台风机机端变压器的电感；
将i′wa和i′w(a+1)带入公式(11)中，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw(a+1)；
Figure BDA0004134405780000072
进一步，在所述短路电流计算模块中，执行：
当a＝n-1时，通过执行以下操作，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流：
求解以风场出口处的短路电流I′w为未知量的一阶微分方程，如公式(12)所示：
Figure BDA0004134405780000081
式中，U0为大电网电压，Rf表示风场出口处与大电网连接的线路的电阻，Lf表示风场出口处与大电网连接的线路的电感；
得到
Figure BDA0004134405780000082
其中，C1为求解公式(13)过程中引入的参数；
根据公式(14)，求解得到第n台风机的解耦短路电流i′wn：
Figure BDA0004134405780000083
将i′wn和i′w(n-1)带入公式(11)中，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流iwn。
进一步，将最靠近母线的风机作为第1台风机。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
本发明提供的一种双馈风电机组短路电流的获取方法及系统，充分考虑了电网故障时锁相环对于双馈式发电机电磁暂态过程与转子励磁过程的影响，提出了一种利用拉普拉斯变换计算考虑锁相环的双馈风场三相短路电流的简化计算方法，很好地解决现有双馈风机的短路电流计算结果在暂态部分精度不足的问题，可以进一步用于大规模风电场的暂态分析和线路故障保护方法的研究和实施。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实例提供的双馈风场故障实际电路拓扑示意图；
图2为本发明实例提供的双馈风场故障等值电路拓扑示意图；
图3为本发明实例提供的双馈风场故障简化等值电路拓扑示意图；
图4为本发明实施例提供的双馈风电机组短路电流的获取方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的双馈风电机组短路电流的获取系统的结构示意图；
图6为本发明实例提供的双馈风场考虑锁相环的A相计算故障电流波形示意图；
图7为本发明实例提供的双馈风场不考虑锁相环的A相计算故障电流波形示意图；
图8为本发明实例提供的双馈风场考虑锁相环的A相仿真故障电流波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本实施例中，短路电流计算公式的推导过程描述如下：
双馈风力发电机(DFIG)在同步旋转坐标系下电磁暂态惯例的数学模型表示为：
us＝Rsis+jω1ψs+Dψs (1)
ur＝Rrir+jωslipψr+Dψr (2)
ψs＝Lsis+Lmir (3)
ψr＝Lmis+Lrir (4)
式中，D为微分算子，ω1为同步角速度，ωslip为转差角速度。us、ur分别表示定子、转子电压，is、ir分别表示定子、转子电流，Rs、Rr分别表示定子、转子电阻，Ls、Lr分别表示定子、转子电感，Lm表示定、转子互感，ψs、ψr分别表示定子、转子磁链。
稳态运行时，同步旋转坐标系下的定子、转子的电压和电流的大小和方向均保持不变。
由定子磁链方程式(3)可得：
Figure BDA0004134405780000101
将式(5)带入式(1)可得：
Figure BDA0004134405780000102
t0表示风机机端发生三相永久性短路故障的系统时间，假设t0＝0，此时，短路前、后在同步旋转坐标系下的机端电压矢量Us可表示为：
Figure BDA0004134405780000111
式(7)中，t表示时刻，Us0、φ0分别表示机端电压稳态运行时的幅值、初相角；φ表示机端电压发生故障相位跳变后的相角；k表示电网发生短路后机端电压幅值的跌落率；Uf表示机端电压故障态的幅值。
在对式(6)求解时，由于电网发生短路后定子电压相位跳变，在锁相环的作用下，PI控制器通过控制角速度进行相位补偿，ω1是随时间变化的参数，无法得到相应解析式。所以将该式转化到复频域上，避免求解变参数微分方程。将式(6)进行拉普拉斯变换，等效为假定故障发生后的暂态期间锁相环的输出频率不为工频且不发生变化，锁相环的输出相位存在大小为定子电压跳变角Δθ的静态误差，则式(6)中ω1为常数，然后将ω1实际动态变化等效为离散时间点上的电流动态变化，可以得到定子磁链与转子电压在复频域下表达式：
Figure BDA0004134405780000112
式(8)中，s表示复频率，ψs(0)表示定子磁链初值。
对式(5)进行拉普拉斯变换，可得定子电流在复频域的表达式：
Figure BDA0004134405780000113
将式(5)带入式(4)，可得定子、转子磁链之间的关系式：
Figure BDA0004134405780000121
式(10)中，σ为发电机漏电系数，
Figure BDA0004134405780000122
σLr为转子暂态电感。
转子电流的参考值计算为：
Figure BDA0004134405780000123
式(11)中，ir,ref表示转子电流的参考值矢量；ψsm表示稳态运行时的定子磁链幅值，j表示复频域虚部；
Figure BDA0004134405780000124
分别表示双馈风机有功功率、无功功率的参考值；其中，对于转子变流器恒功率控制的双馈式风力发电机来说，/>
Figure BDA0004134405780000125
和/>
Figure BDA0004134405780000126
可以直接获取。
将式(10)带入式(2)可以得到转子电压表达式：
Figure BDA0004134405780000127
将式(12)进行拉普拉斯变换后得到复频域下转子电压表达式：
Figure BDA0004134405780000128
其中，转子磁链初值由定子磁链初值和转子电流初值得到：
Figure BDA0004134405780000129
由式(8)与式(9)可以得到定子、转子电流关系式：
Figure BDA00041344057800001210
其中，
Figure BDA00041344057800001211
由于双馈风机中电阻远小于阻感元件，所以上式可以化简为：
Figure BDA0004134405780000131
然后，引入经过拉普拉斯变换后的复频域下的电流内环控制方程，经过电压电流关系迭代，获得复频域下转子电流表达式。
将电流内环控制方程(17)转化到频域下可得式(18)：
Figure BDA0004134405780000132
Figure BDA0004134405780000133
式中，kp、ki分别为PI控制器的比例常数、积分常数；ur,ref表示转子电压参考值。
转子侧变流器可以通过反馈调整转子电压，由式(18)、(13)可得转子电流表达式：
Figure BDA0004134405780000134
将上述求得的复频域下转子电流表达式代入根据复频域下简化后的定子、转子电流关系表达式，进行拉普拉斯反变换后，得到三相短路后单个风机故障电流表达式。
将转子电流表达式(19)带入定子、转子电流关系表达式(16)中，并进行拉普拉斯反变换后，即可得到定子电流表达式，即单台风机受锁相环影响的三相短路电流iw的表达式：
Figure BDA0004134405780000141
其中，t≥t0。
为了方便表示，将式(20)简单表示为：
Figure BDA0004134405780000142
式(21)中：
Figure BDA0004134405780000151
Figure BDA0004134405780000152
Figure BDA0004134405780000153
Figure BDA0004134405780000154
Figure BDA0004134405780000155
Figure BDA0004134405780000156
其中，Us0表示故障前双馈风机机端电压初始值。
需要说明的是，多台风机形成风场，当风场出口发生三相短路时，风机间的交互作用使得风机短路电流发生变化，需要考虑风场中不同元件的影响，所以建立风场模型对其进行分析。即，建立包含多个风机的风场出口处发生三相短路时等效电路模型，计算得到最终的单个风机短路电流表达式。
以建立包含3台风机的风场出口处发生三相短路时等效电路模型为例，图1为示例风场的实际接线图，按照离风场出口远近确定双馈风机在图中位置，当在风场出口处即f处发生三相短路故障时，进一步得到双馈风场故障等值电路图，如图2所示，根据基尔霍夫定律风场等值模型获得电压电流关系表达式。
具体地，根据基尔霍夫定律，建立风电机组在耦合情况下的电压电流方程组：
Figure BDA0004134405780000157
Figure BDA0004134405780000161
Figure BDA0004134405780000162
其中，i′w1、i′w2、i′w3分别表示第1、2、3台风机的解耦短路电流，uw1、uw2、uw3分别表示第1、2、3台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rf1、Rf2、Rf3分别表示第1、2、3台风机机端变压器的电阻；Lf1、Lf2、Lf3分别表示第1、2、3台风机机端变压器的电感；Rl1、Rl2、Rl3分别表示第1、2、3台风机出线线路的电阻；Ll1、Ll2、Ll3分别表示第1、2、3台风机出线线路的电感。
由于风场线路中的风机出线线路的阻抗远远小于风机机端变压器的阻抗，所以，可以将图2风场等值模型进行化简，得到双馈风机故障简化等值电路图，如图3所示。对公式(22)-(24)进行化简，得到如下电压电流关系表达式：
Figure BDA0004134405780000163
Figure BDA0004134405780000164
Figure BDA0004134405780000165
将(25)-(27)分别代入式(21)，即，将双馈风机机端电压Us分别替换为uw1、uw2、uw3，可以分别得到每台风机受锁相环影响的三相短路电流：
Figure BDA0004134405780000166
Figure BDA0004134405780000171
Figure BDA0004134405780000172
其中，iw1、iw2、iw3分别表示第1、2、3台风机受锁相环影响的三相短路电流；
Figure BDA0004134405780000173
Figure BDA0004134405780000174
Figure BDA0004134405780000175
由式(25)首先可以得到有关第一台风机的解耦短路电流的一阶微分方程：
Figure BDA0004134405780000176
求解一阶微分方程公式(31)，解得第1台风机的解耦短路电流：
Figure BDA0004134405780000177
假设风场出口处的短路电流为I′w，那么，
i′w1+i′w2+i′w3＝I′w (33)
由电路结构可得关于其一阶微分方程：
Figure BDA0004134405780000178
解该微分方程，可以得到：
Figure BDA0004134405780000179
式中，U0为大电网电压，Rf表示风场出口处与大电网连接的线路的电阻，Lf表示风场出口处与大电网连接的线路的电感。
将公式(32)带入公式(26)，可以得到第二台风机的解耦短路电流，如公式(36)所示；将公式(32)、(35)和(36)带入公式(27)，可以得到第三台风机的解耦短路电流，如公式(37)所示：
Figure BDA0004134405780000181
Figure BDA0004134405780000182
式子(32)、(35)、(36)、(37)中C1、C2、C3表示积分常数，由所求式中变量的初始值可以求得。
各个风机电流的耦合揭示了风机交互项，为了进一步求解风场中单个风机的短路电流，需要对风机交互电流解耦。将解耦后的短路电流(32)带入公式(28)，将公式(36)带入公式(29)，将公式(37)带入公式(30)，可以得到各台风机受锁相环影响的三相短路电流：
Figure BDA0004134405780000183
/>
Figure BDA0004134405780000191
Figure BDA0004134405780000201
/>
随着风场中风机个数的增加，风机短路电流未知数个数也会增加。根据3台风机短路电流的求解过程，可以推导得到以下规律，以满足多台风机情况下的短路电流计算需求：
假设风场风电机组中包含n台风机，此时，
第1台风机在耦合情况下的电压电流表达式如公式(41)所示：
Figure BDA0004134405780000202
当1≤a＜n时，第a+1台风机支路的电压电流表达式如公式(42)所示：
Figure BDA0004134405780000211
其中，i′wa表示第a台风机的解耦短路电流，uwa表示第a台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rfa表示第a台风机机端变压器的电阻；Lfa表示第a台风机机端变压器的电感；
将公式(41)-(42)分别代入式(21)，即，将双馈风机机端电压Us分别替换为iwa，可以得到：
第1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw1：
Figure BDA0004134405780000212
当1≤a＜n时，第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw(a+1)：
Figure BDA0004134405780000213
(1)当a＝1时，通过执行以下操作，求解得到第1台风机受锁相环影响的三相短路电流：
求解以第1台风机的解耦短路电流i′w1为未知量的一阶微分方程(41)，得到i′w1；
将i′w1带入公式(43)中，求解得到第1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw1。
(2)当1≤a＜n-1时，通过执行以下操作，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流：
将已经计算出的第a台风机的解耦短路电流i′wa带入公式(42)中，并求解以a+1台风机的解耦短路电流i′w(a+1)为未知量的一阶微分方程(42)，得到i′w(a+1)；
将i′wa和i′w(a+1)带入公式(44)中，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw(a+1)。
(3)当a＝n-1时，通过执行以下操作，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流：
求解以风场出口处的短路电流I′w为未知量的一阶微分方程，如公式(45)所示：
Figure BDA0004134405780000221
式中，U0为大电网电压，Rf表示风场出口处与大电网连接的线路的电阻，Lf表示风场出口处与大电网连接的线路的电感。
得到
Figure BDA0004134405780000222
其中，C1为求解公式(46)过程中引入的参数；
根据公式(47)，求解得到第n台风机的解耦短路电流i′wn：
Figure BDA0004134405780000223
将i′wn和i′w(n-1)带入公式(44)中，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流iwn。
优选地，将最靠近母线的风机作为第一台风机。
因此，经过上述分析，总结出来本实施例中双馈风电机组短路电流的获取方法的流程图如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1：当检测到双馈风电机组发生三相短路故障时，采集各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压；
步骤S2：基于采集到的各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压，处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流。
步骤S2的详细执行过程参见实施例1。
实施例2
本发明实施例2提供了一种双馈风电机组短路电流的获取系统，结构示意图如图5所示，包括：
数据采集模块，用于当检测到双馈风电机组发生三相短路故障时，采集各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压；
短路电流计算模块，用于基于采集到的各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压，处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流。
上述方法实施例和系统实施例，基于相同的原理实现，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。本系统实施例的具体实施过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。由于本系统实施例与上述方法实施例原理相同，所以本系统也具有上述方法实施例相应的技术效果。
实施例3
为了验证本申请中上述实例提供的一种虑锁相环的双馈风场短路电流的简化计算方法准确性的效果，本实例提供了一个具体实例：风机的主要参数如下。以故障发生为零时刻
表1双馈风机及风场的主要参数
Figure BDA0004134405780000241
假设在t＝0s时刻，集电线变压器高压侧设置永久性ABC三相对称短路故障，故障发生后并网点电压跌落至正常电压幅值25％左右。当采用本说明的计算方法，根据上表参数，取每4ms为时间间隔将其进行描点处理，由Matlab/Simulink编程仿真得到的故障电流截取其中A相电流波形如图6所示；当采用不考虑锁相环的计算方法时，由Matlab编程得到故障电流截取其中A相电流波形如图7所示；如果完全考虑锁相环时，根据Matlab/Simulink编程仿真得到故障电流截取其中A相电流波形如图8所示。由上述三图波形比较可得，由本方法计算所得的双馈风机短路电流在暂态过程中的趋势和数值与仿真所得考虑锁相环的故障电流波形相吻合，即本文所提供的计算方法能够更准确的得到与实际故障电流吻合较好的计算值，从而验真本发明所提供方法解析计及锁相环动态影响下故障电流的有效性。由此可以进一步分析风电暂态故障电流暂态，得到基于暂态波形信息的新型保护技术。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，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计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双馈风电机组短路电流的获取方法，其特征在于，包括：
当检测到双馈风电机组发生三相短路故障时，采集各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压；
基于采集到的各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压，处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流。
2.根据权利要求1所述的双馈风电机组短路电流的获取方法，其特征在于，所述处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流，包括：
当a＝1时，求解以第1台风机的解耦短路电流i′w1为未知量的一阶微分方程(1)，得到i′w1；
Figure FDA0004134405750000011
其中，i′w1表示第1台风机的解耦短路电流，uw1表示第1台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rf1表示第1台风机机端变压器的电阻；Lf1表示第1台风机机端变压器的电感；
将i′w1带入公式(2)中，求解得到第1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw1：
Figure FDA0004134405750000012
其中，
Figure FDA0004134405750000013
其中，ir,ref表示转子电流的参考值矢量；ψsm表示稳态运行时的定子磁链幅值；
Figure FDA0004134405750000021
Figure FDA0004134405750000022
Figure FDA0004134405750000023
Figure FDA0004134405750000024
Figure FDA0004134405750000025
Figure FDA0004134405750000026
其中，ω1为同步角速度，ωslip为转差角速度；Rs、Rr分别表示定子、转子电阻，Ls、Lr分别表示定子、转子电感，Lm表示定、转子互感；σ为发电机漏电系数；kp、ki分别为PI控制器的比例常数、积分常数；k表示电网发生短路后机端电压幅值的跌落率，Us0表示故障前双馈风机机端电压初始值。
3.根据权利要求2所述的双馈风电机组短路电流的获取方法，其特征在于，所述处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流，还包括：
当1≤a＜n-1时，通过执行以下操作，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流：
将已经计算出的第a台风机的解耦短路电流i′wa带入公式(3)中，然后，求解以a+1台风机的解耦短路电流i′w(a+1)为未知量的一阶微分方程(3)，得到i′w(a+1)；
Figure FDA0004134405750000031
其中，uwa表示第a台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rfa表示第a台风机机端变压器的电阻；Lfa表示第a台风机机端变压器的电感；
将i′wa和i′w(a+1)带入公式(4)中，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw(a+1)；
Figure FDA0004134405750000032
4.根据权利要求3所述的双馈风电机组短路电流的获取方法，其特征在于，所述处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流，还包括：
当a＝n-1时，通过执行以下操作，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流：
求解以风场出口处的短路电流I′w为未知量的一阶微分方程，如公式(5)所示：
Figure FDA0004134405750000033
式中，U0为大电网电压，Rf表示风场出口处与大电网连接的线路的电阻，Lf表示风场出口处与大电网连接的线路的电感；
得到
Figure FDA0004134405750000034
其中，C1为求解公式(6)过程中引入的参数；
根据公式(7)，求解得到第n台风机的解耦短路电流i′wn：
Figure FDA0004134405750000041
将i′wn和i′w(n-1)带入公式(4)中，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流iwn。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的双馈风电机组短路电流的获取方法，其特征在于，将最靠近母线的风机作为第1台风机。
6.一种双馈风电机组短路电流的获取系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于当检测到双馈风电机组发生三相短路故障时，采集各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压；
短路电流计算模块，用于基于采集到的各台风机的机端电压、风场出口处的母线电压及大电网电压，处理得到双馈风电机组中各台风机的短路电流。
7.根据权利要求6所述的双馈风电机组短路电流的获取系统，其特征在于，在所述短路电流计算模块中，执行：
当a＝1时，求解以第1台风机的解耦短路电流i′w1为未知量的一阶微分方程(8)，得到i′w1；
Figure FDA0004134405750000042
其中，i′w1表示第1台风机的解耦短路电流，uw1表示第1台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rf1表示第1台风机机端变压器的电阻；Lf1表示第1台风机机端变压器的电感；
将i′w1带入公式(9)中，求解得到第1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw1：
Figure FDA0004134405750000051
其中，
Figure FDA0004134405750000052
其中，ir,ref表示转子电流的参考值矢量；ψsm表示稳态运行时的定子磁链幅值；
Figure FDA0004134405750000053
Figure FDA0004134405750000054
Figure FDA0004134405750000055
Figure FDA0004134405750000056
Figure FDA0004134405750000057
Figure FDA0004134405750000058
其中，ω1为同步角速度，ωslip为转差角速度；Rs、Rr分别表示定子、转子电阻，Ls、Lr分别表示定子、转子电感，Lm表示定、转子互感；σ为发电机漏电系数；kp、ki分别为PI控制器的比例常数、积分常数；k表示电网发生短路后机端电压幅值的跌落率，Us0表示故障前双馈风机机端电压初始值。
8.根据权利要求7所述的双馈风电机组短路电流的获取系统，其特征在于，在所述短路电流计算模块中，执行：
当1≤a＜n-1时，通过执行以下操作，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流：
将已经计算出的第a台风机的解耦短路电流i′wa带入公式(10)中，然后，求解以a+1台风机的解耦短路电流i′w(a+1)为未知量的一阶微分方程(10)，得到i′w(a+1)；
Figure FDA0004134405750000061
其中，uwa表示第a台风机的机端电压；uFm表示风场出口处的母线电压；Rfa表示第a台风机机端变压器的电阻；Lfa表示第a台风机机端变压器的电感；
将i′wa和i′w(a+1)带入公式(11)中，求解得到第a+1台风机受锁相环影响的三相短路电流iw(a+1)；
Figure FDA0004134405750000062
9.根据权利要求8所述的双馈风电机组短路电流的获取系统，其特征在于，在所述短路电流计算模块中，执行：
当a＝n-1时，通过执行以下操作，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流：
求解以风场出口处的短路电流I′w为未知量的一阶微分方程，如公式(12)所示：
Figure FDA0004134405750000063
式中，U0为大电网电压，Rf表示风场出口处与大电网连接的线路的电阻，Lf表示风场出口处与大电网连接的线路的电感；
得到
Figure FDA0004134405750000071
其中，C1为求解公式(13)过程中引入的参数；
根据公式(14)，求解得到第n台风机的解耦短路电流i′wn：
Figure FDA0004134405750000072
将i′wn和i′w(n-1)带入公式(11)中，求解得到第n台风机受锁相环影响的三相短路电流iwn。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的双馈风电机组短路电流的获取系统，其特征在于，将最靠近母线的风机作为第1台风机。
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