CN117713014B - 双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法 - Google Patents

双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法 Download PDF

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Abstract

双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，所述方法采用风电故障全过程多阶段划分和短路电流通用解析表达式，实现了双馈风电场输出短路电流精确计算；具体内容包括：建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型，采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；短路电流通用表达式改进，采用改进的简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；短路电流特征分析，对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持。

Description

双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法
技术领域
本发明涉及新能源并网系统技术领域，具体为双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法。
背景技术
随着双馈风电场装机容量的不断增长以及风电渗透率的急剧提高，双馈风机短路电流注入对本地电力系统的安全运行产生了很大影响；为实现双馈风机故障过程不脱网，现有方案对双馈风机实施了多种控制策略,使得双馈风电系统短路电流计算极其复杂，加之短路电流贡献机理缺失和故障阶段划分不明确等问题，使得短路电流计算极其不准确，给风电设备选型和继电保护整定带来极大困难。而短路电流特征分析的缺失使得故障诊断无法准确进行。以上不足给电网安全稳定运行带来极大挑战，具体有：1、故障全过程阶段划分不完整：现有的方法大多数只针对一种或几种特定的控制策略进行分析，例如，故障切除重新投入撬棒可以避免输出功率从无功到有功的快速转换而引起的过电流冲击，然而在现有文献中尚未被提及；2、短路电流贡献机理不清晰：双馈风机与电网存在两个功率交换端口，并且网侧变流器端口在故障期间功率流向是与风速紧密相关的，但现有文献中尚未考虑网侧变流器贡献或简单处理为向电网输出功率，由此产生了很大的计算偏差；3、缺少统一表达式：现有方法中均是针对某个特定的控制策略，实际上，双馈风机故障全过程存在多种控制策略序贯动作的特征，所以亟需提出一种适用于多种策略短路电流的通用计算方法；4、计算方法过于复杂：现有计算方案均基于求解微分方程的方法，计算速度慢，时效差。如何将微分方程转化为代数方程成为提高计算双馈风电系统短路电流时效性的关键。
因此，亟需深入研究双馈风电系统故障穿越全过程机理分析与短路电流精确计算方法，建立包含全过程阶段划分—模型建立—贡献机理分析—短路电流计算—特征分析的一套完整故障分析体系，为新型电力系统和电力电子化系统故障分析、保护控制与安全稳定运行提供坚实的技术支撑；为此申请人提出双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，采用风电故障全过程多阶段划分和短路电流通用解析表达式，实现了双馈风电场输出短路电流精确计算；在电气设备选型和继电保护整定等方面具有很高的实际应用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，通过采用风电故障全过程多阶段划分和短路电流通用解析表达式，实现了双馈风电场输出短路电流精确计算；具体内容包括：建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型，采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；短路电流通用表达式改进，采用改进的简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；短路电流特征分析，对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，具体内容包括：
(1)、建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型；
采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；
(2)、提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；根据故障发生时风速不同，提出了网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；
(3)、短路电流通用表达式改进；
在满足多故障场景的条件下，将复杂微分方程改进为简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；
(4)、短路电流特征分析；
对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持，在电气设备选型和继电保护整定等方面具有很高的实际应用价值。
作为本发明进一步改进，所述步骤(1)建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型具体表示为：
双馈风机等效聚合模型；基于双馈风力发电机电磁耦合关系，在复频域建立双馈风机聚合模型，公式方程表示为：
其中，是正序滑差角频率，ω- s＝ω- 1-ωr是负序滑差角频率，ωr是转子角频率，是正序同步角速度，ω- 1是负序同步角速度，并且有关系。和是正复序定子和转子磁链的初始值，后续所有推导都是基于复矢量形式，即Xdq＝Xd+jXq；
基于(1)和(2)，双馈风机聚合模型电压方程表示为：
其中，
聚合模型漏磁系数表示为
其中
将(6)带入(3)中，转子电流由转子磁链和定子电流表示，定子磁链由转子磁链和定子电流表示：
所述转子变流器等效聚合模型如下；
1)故障前Pre-fault；
PI控制的转子电流环表示为：
其中，kpr和kir是控制器PI调节参数，是网侧变流器输出电流参考值；
故障前双馈风机只输出有功功率，所以参考值为：
2)保护反应阶段PR；
此阶段无保护投入，故参考值仍可以由(10)表示；
3)撬棒一次保护阶段FCP；
此阶段RSC被撬棒电路旁路，所有转子电压表示为：
其中Rre＝Rr+Rc为撬棒投入后转子侧等效电阻；
将(7)带入(11)，转子电压表示为：
4)去磁控制阶段DO；
为消除转子暂态磁链，转子电流参考值表示为：
其中是去磁系数，一般设定为负值，便于反向励磁，加速暂态磁链衰减；
5)无功电流注入阶段RCI；
根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故转子变流器参考值设定为：
一般情况下，故障穿越系数
6)撬棒二次保护阶段SCP；
抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同(11)和(12)；
7)故障结束After-fault；
故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致；
所述网侧变流器等效聚合模型如下；
在整个故障过程中，GSC输出故障电流有两种模式，即注入模式和吸收模式；当风速高于/低于额定风速时，转子转速高于/低于额定转子转速，GSC注入/吸收本地电网电流包括注入/吸收模式；
等效聚合模型的双重PI网侧控制环表示为：
通过(15)和(16)联立，得到网侧控制环方程：
1)故障前Pre-fault；
故障前网侧变流器只控制直流母线电压，所以参考值为：
2)保护反应阶段PR；
此阶段无保护投入，故参考值由(18)表示；
3)撬棒一次保护阶段FCP；
此阶段RSC被撬棒电路旁路，网侧变流器GSC稳定直流电压同时向电网提供有限的功率：
4)去磁控制阶段DO；
此时，电网侧仍有很大的无功功率缺额，网侧变流器仍然需要提供无功支撑，故参考值同(19)；
5)无功电流注入阶段RCI；
根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故网侧参考值设定为：
一般情况下，故障穿越系数
6)撬棒二次保护阶段SCP；
抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同(19)；
7)故障结束After-fault；
故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致。
作为本发明进一步改进，所述步骤(1)双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法中采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法，具体为：
保护反应阶段Protection response,PR：当故障发生后，控制策略需要时间识别故障和动作，一般为10ms左右，此时故障已经发生但保护尚未动作；虽然该过程时间较短，但对短路电流幅值影响极大，故单独考虑；
撬棒一次保护阶段First crowbar protection,FCP：深度电压骤降条件下，50％额定电压以下为深度故障，撬棒电路首先激活，转子变流器(RSC)被旁路，从而保护转子变流器，避免过流损坏；在浅度故障中，冲击电流较小撬棒电路不会投入；
去磁控制阶段Demagnetization operation,DO：撬棒投入后将转子暂态电流抑制到转子变流器承受阈值以下后，转子变流器重新接入并提供反向励磁，反向磁链加速转子过流衰减；
无功电流注入阶段Reactive current injection,RCI：去磁控制消除转子暂态磁链后，根据电网导则要求，在风机允许条件下向电网注入无功电流，加速电压恢复；
撬棒二次保护阶段Second crowbar protection,SCP：故障清除时，通常断路器动作时间为100ms左右，深度故障电压迅速恢复，避免对风机变流器造成冲击，撬棒电路二次投入旁路转子变流器，直至冲击电流衰减到阈值以下。
作为本发明进一步改进所述步骤(3)改进具体为：
将各阶段转子电压带入上述公式，将定子磁链方程表示为如下形式：
将各阶段转子电压带入上述公式，将定子磁链方程表示为如下形式：
由于各阶段序贯动作，所以电压电流初值用阶跃函数表示，
由于公式(23)分母定子电阻RS的数量级远小于定子电感LS，定子电阻被忽略，故(23)的分母简化成
定子输出短路电流复频域表达式如下：
式(26)中三个极点表示为：
基于普拉斯反变换，定子输出短路电流时域表达式为
基于公式(17)，网侧变流器短路电流表示为：
初值以阶跃形式表现，则有
网侧变流器短路电流被化简为：
同样，(31)中含有两个极点
则网侧变流器短路电流表示为
将(28)和(33)整合在一起，得到双馈风机故障全过程通用短路电流表达式
基于公式(34)，双馈风电短路电流通用表达式分为三个特征分量：
其中，分别为直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量。
本发明提供双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，通过方法采用风电故障全过程多阶段划分和短路电流通用解析表达式，实现了双馈风电场输出短路电流精确计算；具体内容包括：建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型，采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；短路电流通用表达式改进，采用改进的简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；短路电流特征分析，对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持；带来的好处是：
1、双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法提供了一套完整的故障分析体系，包括故障电流等效聚合模型、贡献机理分析、通用表达式和特征分量分析，为高比例风电场可再生能源系统的安全稳定提供了新的技术支撑；
2、双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法为新型电力系统和电力电子化系统故障分析、保护控制与安全稳定运行提供坚实的技术支撑，对促进风电发展、实现目标具有重要的理论意义和应用价值。
附图说明
图1是故障全过程控制流程图；
图2是对称故障全过程三相电压变化波形图，(a)深度故障，(b)浅度故障；
图3是超同步速对称故障全过程dq坐标系短路电流波形图，(a)(b)深度故障，(c)(d)浅度故障；
图4是超同步速对称故障全过程abc坐标系短路电流波形图,(a)深度故障，(b)浅度故障；
图5是超同步速对称故障全过程特征分量曲线,(a)-(c)深度故障，(d)-(f)浅度故障；
图6是次同步速对称故障全过程dq坐标系短路电流波形图,(a)(b)深度故障，(c)(d)浅度故障；
图7是次同步速对称故障全过程abc坐标系短路电流波形图,(a)深度故障，(b)浅度故障。
图8是次同步速对称故障全国程特征分量曲线,(a)-(c)深度故障，(d)-(f)浅度故障；
图9是不对称故障全过程三相电压变化波形图,(a)单相接地故障，(b)两相接地故障，(c)相间故障；
图10是不对称故障全过程abc坐标系短路电流波形图,(a)-(c)单相接地故障，(d)-(f)两相接地故障，(g)-(i)相间故障；
图11是单相接地故障下的特征分量曲线,(a)-(b)A相特征分量，(c)-(d)B相特征分量，(e)-(f)C相特征分量；
表1为双馈风电系统故障全过程各阶段顺序及时间划分表；
表2为双馈风电系统故障全过程等效聚合模型总结表；
表3为双馈风电复频域定子输出短路电流表达式参数表；
表4为双馈风电时域定子输出短路电流表达式参数表；
表5为双馈风电故障全过程通用短路电流表达式参数表；
表6为测试用1.5MW双馈风机参数表。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，所示为双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法流程图，其特征在于：所示双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法所采用风电故障全过程多阶段划分和短路电流通用解析表达式，实现了双馈风电场输出短路电流精确计算；具体内容包括：
(1)、建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型；采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；
(2)、提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理，根据故障发生时风速不同，提出了网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；
(3)、短路电流通用表达式改进；在满足多故障场景的条件下，将复杂微分方程改进为简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；短路电流特征分析；
(4)、对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持，在电气设备选型和继电保护整定等方面具有很高的实际应用价值。
所示双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法中建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型分为双馈风机等效聚合模型、转子变交流器等效聚合模型和网测变流器等效聚合模型；具体表示为：
双馈风机等效聚合模型；基于双馈风力发电机电磁耦合关系，在复频域建立双馈风机聚合模型，公式方程表示为：
其中，是正序滑差角频率，ω- s＝ω- 1-ωr是负序滑差角频率，ωr是转子角频率，是正序同步角速度，ω- 1是负序同步角速度，并且有关系。和是正复序定子和转子磁链的初始值。后续所有推导都是基于复矢量形式，即Xdq＝Xd+jXq
基于(1)和(2)，双馈风机聚合模型电压方程表示为：
其中，
聚合模型漏磁系数表示为
其中
将(6)带入(3)中，转子电流可由转子磁链和定子电流表示，定子磁链可由转子磁链和定子电流表示：
转子变流器等效聚合模型
1)故障前Pre-fault
PI控制的转子电流环表示为：
其中，kpr和kir是控制器PI调节参数，是网侧变流器输出电流参考值；
故障前双馈风机只输出有功功率，所以参考值为：
2)保护反应阶段(PR
此阶段无保护投入，故参考值仍可以由(10)表示；
3)撬棒一次保护阶段FCP
此阶段RSC被撬棒电路旁路，所有转子电压表示为：
其中Rre＝Rr+Rc为撬棒投入后转子侧等效电阻；
将(7)带入(11)，转子电压表示为：
4)去磁控制阶段DO
为消除转子暂态磁链，转子电流参考值表示为：
其中是去磁系数，一般设定为负值，便于反向励磁，加速暂态磁链衰减；
5)无功电流注入阶段RCI
根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故转子变流器参考值设定为：
一般情况下，故障穿越系数
6)撬棒二次保护阶段SCP
抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同(11)和(12)；
7)故障结束After-fault
故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致；
网侧变流器等效聚合模型
在整个故障过程中，GSC输出故障电流有两种模式，即注入模式和吸收模式；当风速高于/低于额定风速时，转子转速高于/低于额定转子转速，GSC注入/吸收本地电网电流包括注入/吸收模式；
等效聚合模型的双重PI网侧控制环表示为：
通过(15)和(16)联立，得到网侧控制环方程：
1)故障前Pre-fault
故障前网侧变流器只控制直流母线电压，所以参考值为：
2)保护反应阶段PR
此阶段无保护投入，故参考值仍可以由(18)表示；
3)撬棒一次保护阶段FCP
此阶段RSC被撬棒电路旁路，网侧变流器(GSC)稳定直流电压同时向电网提供有限的功率：
4)去磁控制阶段DO
此时，电网侧仍有很大的无功功率缺额，网侧变流器仍然需要提供无功支撑，故参考值同(19)；
5)无功电流注入阶段RCI
根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故网侧参考值设定为：
一般情况下，故障穿越系数
6)撬棒二次保护阶段SCP
抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同(19)；
7)故障结束After-fault
故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致；
如表2所示，所示为双馈风电系统故障全过程等效聚合模型总结表。
表2双馈风电系统故障全过程等效聚合模型总结表
所示双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法中采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法，根据故障发生—故障穿越—故障恢复的时间顺序和控制策略的动作先后进行划定，具体为：
保护反应阶段(Protection response,PR)：当故障发生后，控制策略需要时间识别故障和动作，一般为10ms左右，此时故障已经发生但保护尚未动作；虽然该过程时间较短，但对短路电流幅值影响极大，故单独考虑；
撬棒一次保护阶段First crowbar protection,FCP：深度电压骤降条件下，50％额定电压以下为深度故障，撬棒电路首先激活，转子变流器(RSC)被旁路，从而保护转子变流器，避免过流损坏；在浅度故障中，冲击电流较小撬棒电路不会投入；
去磁控制阶段Demagnetization operation,DO：撬棒投入后将转子暂态电流抑制到转子变流器承受阈值以下后，转子变流器重新接入并提供反向励磁，反向磁链加速转子过流衰减；
无功电流注入阶段Reactive current injection,RCI：去磁控制消除转子暂态磁链后，根据电网导则要求，在风机允许条件下向电网注入无功电流，加速电压恢复；
撬棒二次保护阶段Second crowbar protection,SCP：故障清除时，通常断路器动作时间为100ms左右，深度故障电压迅速恢复，避免对风机变流器造成冲击，撬棒电路二次投入旁路转子变流器，直至冲击电流衰减到阈值以下；
如表1所示，所示为双馈风电系统故障全过程各阶段顺序及时间划分表。
表1双馈风电系统故障全过程各阶段顺序及时间划分表
所示双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法中短路电流通用表达式改进具体为：
将各阶段转子电压带入上述公式，将定子磁链方程表示为如下形式：
各阶段对应参数和见表3；
表3双馈风电复频域定子输出短路电流表达式参数表
由于各阶段序贯动作，所以电压电流初值用阶跃函数表示，
由于公式(23)分母定子电阻RS的数量级远小于定子电感LS，定子电阻被忽略，故(23)的分母简化成
定子输出短路电流复频域表达式如下：
具体参数表达式如表3所示；
式(26)中三个极点表示为：
基于普拉斯反变换，定子输出短路电流时域表达式为
具体电流表达式如表4所示；
表4双馈风电时域定子输出短路电流表达式参数表
基于公式(17)，网侧变流器短路电流表示为：
初值以阶跃形式表现，则有
网侧变流器短路电流可被化简为：
同样，(31)中含有两个极点
则网侧变流器短路电流表示为
将(28)和(33)整合在一起，得到双馈风机故障全过程通用短路电流表达式
具体的双馈风电故障全过程通用短路电流表达式参数如表5所示；
表5双馈风电故障全过程通用短路电流表达式参数表
基于公式(34)，双馈风电短路电流通用表达式可分为三个特征分量：
其中，分别为直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量。
所示双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法在采用表6所示的双风机参数进行测试时，为方便计算和分析，本测试中各变量均采用标幺值(p.u.)表示，在测试中：
表6测试用1.5MW双馈风机参数表
对称故障方面：如图2所示为对称故障下的PCC电压变化图；图3为dq坐标系超同步速(ωr＝1.2,slip＝-0.2)短路电流波形图，图4为abc坐标下超同步速短路电流波形图，两张波形图中可以看出本计算方法贴近实时结果，并且能够很好拟合，这说明本测试方法计算结果更为准确；如图5所示，所示显示的是超同步速下的短路电流特征分量；图6-8则为次同步速下(ωr＝0.8,slip＝0.2)的短路电流波形(dq轴短路电流、abc轴短路电流，短路电流特征分量；
不对称故障方面：如图9所示为深度故障下不对称电压故障波形，包含单相接地、两相接地和相间故障三种常见不对称故障；图10为三种故障场景下的短路电流，包含总的短路电流、正序和负序短路电流波形，所有实时测试结果与本方法计算结果均高度拟合，证明本计算方法在多种场景具有很高的通用性；如图11所示，所示以单相接地故障为例，列出本计算方法的特征分量提取结果，在电气设备选型和继电保护整定等方面具有很高的实际应用价值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (2)

1.双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，其特征在于：具体内容包括：
(1)、建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型；
采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；
所述步骤(1)建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型具体表示为：
双馈风机等效聚合模型；基于双馈风力发电机电磁耦合关系，在复频域建立双馈风机聚合模型，公式方程表示为：
其中，是正序滑差角频率，ω- s＝ω- 1-ωr是负序滑差角频率，ωr是转子角频率，是正序同步角速度，ω- 1是负序同步角速度，并且有关系，和是正复序定子和转子磁链的初始值，后续所有推导都是基于复矢量形式，即Xdq＝Xd+jXq；
基于(1)和(2)，双馈风机聚合模型电压方程表示为：
其中，
聚合模型漏磁系数表示为
其中
将(6)带入(3)中，转子电流由转子磁链和定子电流表示，定子磁链由转子磁链和定子电流表示：
转子变流器等效聚合模型如下；
1)故障前Pre-fault；
PI控制的转子电流环表示为：
其中，kpr和kir是控制器PI调节参数，是网侧变流器输出电流参考值；
故障前双馈风机只输出有功功率，所以参考值为：
2)保护反应阶段PR；
此阶段无保护投入，故参考值仍可以由(10)表示；
3)撬棒一次保护阶段FCP；
此阶段转子变流器RSC被撬棒电路旁路，所有转子电压表示为：
其中Rre＝Rr+Rc为撬棒投入后转子侧等效电阻；
将(7)带入(11)，转子电压表示为：
4)去磁控制阶段DO；
为消除转子暂态磁链，转子电流参考值表示为：
其中是去磁系数，设定为负值，便于反向励磁，加速暂态磁链衰减；
5)无功电流注入阶段RCI；
根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故转子变流器参考值设定为：
故障穿越系数
6)撬棒二次保护阶段SCP；
抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同(11)和(12)；
7)故障结束After-fault；
故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致；
所述网侧变流器等效聚合模型如下；
在整个故障过程中，GSC输出故障电流有两种模式，即注入模式和吸收模式；当风速高于/低于额定风速时，转子转速高于/低于额定转子转速，GSC注入/吸收本地电网电流包括注入/吸收模式；
等效聚合模型的双重PI网侧控制环表示为：
通过(15)和(16)联立，得到网侧控制环方程：
1)故障前Pre-fault；
故障前网侧变流器只控制直流母线电压，所以参考值为：
2)保护反应阶段PR；
此阶段无保护投入，故参考值由(18)表示；
3)撬棒一次保护阶段FCP；
此阶段转子变流器RSC被撬棒电路旁路，网侧变流器GSC稳定直流电压同时向电网提供有限的功率：
4)去磁控制阶段DO；
此时，电网侧仍有无功功率缺额，网侧变流器仍然需要提供无功支撑，故参考值同(19)；
5)无功电流注入阶段RCI；
根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故网侧参考值设定为：
故障穿越系数
6)撬棒二次保护阶段SCP；
抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同(19)；
7)故障结束After-fault；
故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致；
(2)、提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；
根据故障发生时风速不同，提出了网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；
(3)、短路电流通用表达式改进；
在满足多故障场景的条件下，将复杂微分方程改进为简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；
所述步骤(3)改进具体为：
将各阶段转子电压带入公式(3)，将定子磁链方程表示为如下形式：
由于各阶段序贯动作，所以电压电流初值用阶跃函数表示，
由于公式(23)分母定子电阻RS的数量级远小于定子电感LS，定子电阻被忽略，故(23)的分母简化成
定子输出短路电流复频域表达式如下：
式(26)中三个极点表示为：
基于普拉斯反变换，定子输出短路电流时域表达式为
基于公式(17)，网侧变流器短路电流表示为：
初值以阶跃形式表现，则有
网侧变流器短路电流被化简为：
同样，(31)中含有两个极点
则网侧变流器短路电流表示为
将(28)和(33)整合在一起，得到双馈风机故障全过程通用短路电流表达式
基于公式(34)，双馈风电短路电流通用表达式分为三个特征分量：
其中，分别为直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量；
(4)、短路电流特征分析；
对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持。
2.根据权利要求1所述的双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，其特征在于：所述步骤(1)双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法中采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法，具体为：
保护反应阶段Protection response,PR：当故障发生后，控制策略需要10ms时间识别故障和动作，此时故障已经发生但保护尚未动作；
撬棒一次保护阶段First crowbar protection,FCP：深度电压骤降条件下，50％额定电压以下为深度故障，撬棒电路首先激活，转子变流器RSC被旁路，从而保护转子变流器，避免过流损坏；在浅度故障中，撬棒电路不会投入；
去磁控制阶段Demagnetization operation,DO：撬棒投入后将转子暂态电流抑制到转子变流器承受阈值以下后，转子变流器重新接入并提供反向励磁，反向磁链加速转子过流衰减；
无功电流注入阶段Reactive current injection,RCI：去磁控制消除转子暂态磁链后，根据电网导则要求，在风机允许条件下向电网注入无功电流，加速电压恢复；
撬棒二次保护阶段Second crowbar protection,SCP：故障清除时，断路器动作时间为100ms，深度故障电压迅速恢复，避免对风机变流器造成冲击，撬棒电路二次投入旁路转子变流器，直至冲击电流衰减到阈值以下。
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WO2019007354A1 (zh) * 2017-07-07 2019-01-10 广东电网有限责任公司电力调度控制中心 一种考虑不同转差的双馈风力发电系统短路电流计算方法
CN115459353A (zh) * 2022-10-19 2022-12-09 中南大学 双馈风电故障穿越全阶段贡献短路电流的统一解析方法
CN116629016A (zh) * 2023-06-08 2023-08-22 华北电力大学 一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法

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