基于双馈风电机组等值的电力系统非对称短路工频电气量计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电接入后电力系统的故障计算，具体指一种基于双馈风电机组等值 的电力系统非对称短路工频电气量计算方法，属于电力系统分析及风力发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 风力发电具有清洁、高效和可持续的优点，是当代电力发展的必然选择。近几年， 全球范围内风电大量开发，电网中风电含量不断提高。双馈风电机组是当前风力发电的主 力装备，其占风电并网容量的比例已超过50%。双馈风电机组采用转子交流励磁的绕线式 异步发电机，其励磁由转子串联变流器馈入电网侧电压实现。变流器具有灵活调控和快速 响应能力，可根据电网运行工况及特定控制方式产生转子交流激磁电压。因而，在电网发生 短路故障情况下，双馈风电机组的反应机理与响应特性与传统同步发电机相比具有较大差 另Ij，双馈风电机组的规模化应用必然造成电网的运行特征发生变化。
[0003] 电网故障情况下，机端电压跌落后双馈风电机组定子绕组中感生出直流暂态电 流，进而在转子绕组上产生很大的暂态电动势。由于变流器容量为机组容量的一部分，因此 变流器仅能在一定程度内承受由此产生的转子过电流、直流母线过电压等异常状态。在机 端电压深度跌落时，常需利用Crowbar电路短接转子绕组保护变流器不受损害。因此，根据 机端电压跌落的深度，双馈风电机组的暂态过程会呈现出2种不同的状态：带Crowbar运行 状态和励磁控制状态。
[0004] 对电网故障状态的准确分析计算，是实施电力系统故障保护与安全控制的必要前 提。通常采用数字仿真手段对故障过程进行分析以开发新原理电气保护，通过电网络理论 对给定电网进行定量计算以获取指定地点的继电保护整定值和电气设备选型所需的短路 容量等电气参量。目前电网短路故障下双馈风电机组暂态过程的分析和计算受到了一定关 注。但是，现有研宄一般仿真分析为主，且多以带Crowbar运行的双馈风电机组为对象。在 带Crowbar运行状态下，双馈风电机组的暂态过程与常规感应发电机相近，无法反映远方 故障、故障程度较轻等情况下的特征。而仿真方法无法确定故障电气量的产生机理、组成等 特征，也难以准确获取某一电气分量的数值，因而不能满足控制方式制定、继电保护整定值 和电气设备选型等的需要。
[0005] 在励磁控制状态下，电压跌落会通过定转子磁耦合改变转子励磁电流，同时变流 器响应机端电压和转子电流的变化又会对转子励磁电压进行调整，由此形成一个多阶闭环 动态过程。目前，已经有一些针对励磁控制作用下双馈风电机组短路电气量计算的研宄，例 如：
[0006] [1]Vicatos M Sj Tegopoulos JA. Transient state analysis ofdoubly-fed induction generator under three phase short circuit. IEEE Transactions on Energy Conversion, 1991, 6 (I) : 62-75.
[0007] [2]Jinxin Ouyangj Xiaofu Xiong.Research on short-circuit current ofdoubly fed induction generatorunder non-deep voltage drop. Electric Power Systems Research, 2014, (107):158 - 166〇
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[0012] 然而，上述的研宄工作有的以转子电压不变为条件，未计及变流器调控对机组暂 态过程的作用；有的仅仅推导了风电机组短路电气量的表达式，由于电力系统规模庞大、结 构复杂，利用某一故障参量的表达式并不能计算整个系统任意位置的故障分量，所以风电 并网系统的短路计算需要建立线性的等值电路模型，并利用基于电网络理论实现系统故障 参量的基频分量计算。更为重要的是，现有针对励磁控制状态下双馈风电机组及其并网电 力系统故障电气量分析与计算的研宄均以电网对称短路的情况为对象，由于电力系统发生 不对称故障后出现负序和零序分量，会使得系统中电气量的分布和大小以及发电机等的电 磁暂态过程发生改变，所以电网非对称短路情况下工频电气量的计算模型和方法与对称短 路情况相比具有很大区别。
[0013] 同步发电机转子励磁为独立元件，在机端电压不对称跌落下不会出现负序的转子 励磁电压，因而其负序等值为无源元件。对于双馈风电机组，其机端负序电压分量不仅能够 通过电枢反应改变转子电流，负序电压还能够通过励磁控制反馈至转子回路，可产生负序 的励磁电压，使得同步发电机的非对称短路计算等值模型难以用于双馈风电机组。目前，双 馈风电机组在电网非对称短路故障情况下的简化等值尚未形成可行的解决方案。
[0014] 非对称短路是电力系统中最主要的故障类型，电网非对称短路下双馈风电机组等 值方法的欠缺造成了电力系统不对称短路计算模型无法计及双馈风电机组接入影响、系统 任意位置工频电气量难以准确计算等问题，由此严重制约了电力系统实际运行中继电保护 整定与设备选型等的实施。
【发明内容】
[0015] 针对现有电力系统短路计算中缺少双馈风电机组等值电路模型的问题，本发明的 目的在于提出一种基于双馈风电机组等值的电力系统非对称短路工频电气量计算方法。
[0016] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0017] 基于双馈风电机组等值的电力系统非对称短路工频电气量计算方法，步骤