基于频域解析的dfig撬棒电阻整定约束计算方法
【技术领域】
[000?]本发明涉及基于频域解析的DFIG撓棒电阻整定约束计算方法，属于电气传动应用
技术领域。
【背景技术】
[0002] 犠棒电路实现了双馈风力发电机(Doubly-fed Induction Generator,简称DFIG) 在低电压穿越过程中的转子变流器旁路保护。采用该保护方法进行控制时，转子变流器失 去对转子电流的控制，暂态特性完全取决于撬棒电路的参数，撬棒电阻的整定阻值是双馈 风力发电机实现低电压穿越和适时恢复交流励磁的关键因素。撬棒电路触发期间的定转子 暂态电流解析是实现该参数整定的技术瓶颈。
[0003] 目前双馈发电机撬棒电阻整定方法主要有3类方法：
[0004] 1)根据发电机参数和电网电压跌落特性，通过低电压穿越电磁仿真实现参数整 定。由于该方法的物理过程不明确，需要在多种工况下分别进行仿真，计算成本高。
[0005] 2)忽略双馈发电机定转子电阻的条件下，通过触发期间的定转子暂态电流解析， 为确保低电压穿越过程转子暂态电流和直流母线电压不超越限值，实现撬棒电阻整定。该 方法存在误差，且误差限难以确定，仅能对工程应用提供参考。
[0006] 3)通过定转子瞬态时间常数，在时域中分析低电压穿越过程中的绕组最大暂态电 流，但是定转子的暂态直流电流是近似直流，实际上是以较缓慢的角频率旋转，且误差产生 原因不明，需要结合工程经验进行参数调整。
[0007] 由此可见，当前，双馈发电机组撬棒电阻整定多依赖实验试探、工程经验、仿真或 近似计算的方法，上述方法均存在成本高、周期长、电阻整定范围不明确、撬棒电路触发后 转子变流器被旁路的可靠性难以保证的问题。
[0008] 在此前提下，通过双馈风力发电机在撓棒电路触发过程中的定转子电流解析，计 算不同转速、不同撬棒电阻条件下的暂态过程撬棒电路线电压上限，得到撬棒电阻整定值 的约束条件，对于确保撬棒电路触发期间转子变流器的可靠旁路、提高发电机组低电压可 靠性和降低撬棒电路参数设计难度，均有显著意义。
【发明内容】
[0009] 本发明针对上述技术难题，提出一种基于Laplace变换和反变换的定转子暂态电 流计算方法，该解析方法适用于任意跌落深度的电网电压平衡或不平衡故障。通过Laplace 变换，在频域内实现撬棒电路触发后定转子电流零状态响应和零输入响应的求解和叠加。 采用Laplace反变换，求解定转子暂态电流的时域解。
[0010 ]通过分析定转子电流在频域和时域的求解所得解析表达式的物理特性，计算不同 转速、不同撬棒电阻条件下撬棒电路触发后的线电压上限，依据该上限值得到撬棒电阻阻 值的约束条件，确保转子变流器在撬棒电路触发期间被可靠旁路。
[0011]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于频域解析的DFIG撬棒电阻整定约束计 算方法，其特征是，参数定义：
[0012] W，定子静止坐标系中的转子电压，W转子旋转坐标系中的转子电压
[0013] 定子静止坐标系中的定子电压
[0014] C定子静止坐标系中的定子电流，C定子静止坐标系中的转子电流
[0015] C转子旋转坐标系中的定子电流，尤转子旋转坐标系中的转子电流
[0016] W定子静止坐标系中的定子磁链，< 定子静止坐标系中的转子磁链
[0017] Rs定子电阻，Rr转子回路总电阻
[0018]心4专子绕组电阻，Rc转子撬棒电阻
[0019] Lss定子漏感，Lrs转子漏感
[0020] Lm定转子互感，Ls定子电感，Lr转子电感
[0021] Lrr由转子绕组产生的穿过气隙的自感
[0022] NrkNr定子有效匝数
[0023] NskNs转子有效匝数
[0024] k绕组折算系数
[0025] ω:电网电压同步转速，cor转子旋转电角速度
[0026] 0r定子A相绕组与转子a相绕组之间的角度
[0027] Udc四象相变流器直流母线电压设定值
[0028] pn发电机极对数
[0029] 0spQ电网电压跌落时刻正序电压，0snQ电网电压跌落时刻负序电压的初相角
[0030] t/二电网电压跌落后正序电压的矢量模，电网电压跌落后负序电压的矢量模
[0031] Re对复数求取实部的算子
[0032] Im对复数求取虚部的算子；
[0033] 参数上标定义：
[0034]-空间矢量 [0035] s定子坐标系，
[0036] r转子坐标系
[0037] '经绕组折算后的数值；
[0038] 参数下标定义：
[0039] α定子两相静止坐标系α轴，
[0040] β定子两相静止坐标系辟由
[0041 ] S 定子，
[0042] r 转子；
[0043] 包括以下步骤：
[0044] 1)在定子静止坐标系和转子旋转坐标系中的定、转子电压空间矢量方程分别为：
[0045]
[0046]
[0047] 在定转子相数相同的条件下，由绕组折算系獎
根据(式lb)进行绕组归算得到：
[0048]
[0049] 经过绕组归算，Lrr'等于Lm' ；通过(式2)计算得：
[0050]
[0051] 在定子静止坐标系中，（式3)表示为：
[0052]
[0053] 由（式4)得定子两相静止坐标系中的转子电压方程：
[0054]
[0055] 考虑电网电压跌落to时刻的电流初值，由（式5)进行Lap lace变换得：
[0056]
[0057]
[0058]
[0059] 电网电压跌落后的空间矢量表达式为：
[0060]
[0061 ] 对(式8)进行Laplace变换可得：
[0062]
[0063]考虑电网电压跌落to时刻的磁链初值，对(式la)进行Laplace变换得：
[0064]
[0065] 2)定子暂态电流计算
[0066] 电网电压跌落后，触发撬棒电路对转子绕组进行短接，通过零状态响应和零输入 响应对定子的暂态电流进行计算；
[0067] 将(式7)、（式9)代入(式10)，得在频域中的表达式为：
[0068]
[0070]
[0069] 式中U和匕分别为定子暂态电流在定子静止坐标系的零状态响应和零输入响应， 表达式分别为：
[0072] 式中 Al = S2Lr，Ls_S2Lm，2 + sLr，Rs + sRr，Ls_S j ω rLr，Ls + S j ω rLm，2_ j ω rLr，Rs+Rr，Rs ; NUM1(s)和NUM2(s)为表达式的替代分子，DEN1(s)和DEN 2(s)为表达式的替代分母；[0073] 计算NIM (s) /DENi (s)表达式的四个极点为：
[0071]
[0074]
[0075] 计算NUM2(S)/DEN2(s)表达式的两个极点为：
[0076]
[0077] 对DEN! (s)和DEN2 (s)进行求导，得到dDENi (an) /ds和dDEN2 (bn) /ds ;由于Re (ai)= Re(a2) = 0，且Re(a3)、Re(a4)、Re(bi)和Re(b2)为非零，在定子两相静止坐标系中，通过反 Laplace变换可得电网电压跌落、撬棒电路触发后的定子暂态电流的表达式为：
[0078]
[0079] -l/ReUsh-l/ReUah-l/ReaiWP-l/Rea〗）分别为各暂态分量的衰减时间常 数；
[0080] 3)转子暂态电流计算
[0081] 将U和G代入(式6)，得到电网电压跌落、触发撬棒电路对转子绕组进行短接后， 转子暂态电流在定子两相静止坐标系的零状态响应和零输入响应：
[0082]
[0083]
[0084] 式中，NUM3(s)和NUM4(s)为表达式的替代分子，DEN3(s)和DEN4(s)为表达式的替代 分母；
[0085] U的五个极点表达式为：
[0086]
[0087] C的三个极点表达式为：
[0088]
[0089] 通过对DEN3 (s)和DEN4(s)求导，得到dDEN3 (cn) /ds和dDEN4(dn)/ds ;由于Re (c2)= 1^(〇3)=0，且1^(〇1)、1^(〇4)、1^(〇5)、1^((11)、1^((12)和1^((13)为非零，在定子两相静止坐标 系中，通过反Laplace变换得电网电压跌落、撬棒电路触发后的转子稳、暂态电流的表达式 分别为：
[0090]
[0091]
[0092] -1/Re(ci)，-l/Re(C4)，-l/Re(C5) ^l/RdcU)，_1/Re(d2)和_1/Re(d3)分别为各暂 态分量的衰减时间常