一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，得到双馈风力发电机的正序等值电路、负序等值电路；计算正序定子侧等效阻抗Zs；计算定子侧磁链初值ψs0和转子侧磁链初值ψr0；计算暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正序定子侧电流isp和负序定子侧电流isn；利用坐标变换分别求出单相的正序短路电流ispa和单相负序短路电流isna；计算短路电流最大值isamax和短路电流周期分量有效值Isavmr。本发明更加精确的表达了双馈风力发电机单相接地短路时，短路电流的大小，提高了计算的精度，对于风电场的电气设备经济安全设计具有重要意义。
【专利说明】
一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法
技术领域
[0001] 本发明属于风电场电气经济安全分析与设计领域，具体涉及一种双馈风力发电机 单相接地短路电流计算方法。
【背景技术】
[0002] 目前，广泛商业应用的双馈风电机组由于普遍采用了 CrowbaH呆护，保证了风电机 组能过在故障情况下依然并网运行，从而也使得风电场的安全性得到了保证。
[0003] 然而，采用Crowbar保护必然会对短路电流产生抑制，如果忽略这一点，按现有计 算方法，可能会得到不太准确的计算结果，从而造成不必要的经济浪费。因此，需要提出一 种在采用Crowbar保护的情况下，能更为准确地计算单相接地短路电流的计算方法。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提出一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，不 仅考虑Crowbar电阻在原理上对转子侧变流器的保护，同时考虑Crowbar电阻在实际运行中 对转子侧电流和转子侧磁链的抑制。
[0005] 实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
[0006] -种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一:利用对称分量法，将双馈风力发电机的模型分解成正序、负序下的模型， 正序、负序下的模型分别对应正序等值电路、负序等值电路；
[0008] 步骤二:计算正序等值电路短路后的正序定子侧等效阻抗Zs;
[0009] 步骤三:根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程和正序定子侧等 效阻抗Zs，计算出正序等值电路短路前的定子侧磁链初值也〇和转子侧磁链初值也〇;
[0010] 步骤四：根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，分别计算出与 正序等值电路和负序等值电路对应的暂态正序定子测磁链暂态正序转子测磁链、 暂态负序定子磁链和暂态负序转子磁链;
[0011] 步骤五:根据所述的暂态正序定子测磁链乂、暂态正序转子测磁链&、暂态负序 定子磁链和暂态负序转子磁链分别计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正 序定子侧电流iSp和负序定子侧电流isn;
[0012] 步骤六:利用坐标变换求出短路相(如A相)的正序短路电流ispa和单相负序短路电 liniisna ；
[0013] 步骤七:根据空间矢量坐标系、正序短路电流ispa和单相负序短路电流isna，计算短 路电流最大值i s_x和短路电流周期分量有效值Is_r。
[0014] 所述步骤二中，正序定子侧等效阻抗&为：
[0015] zs = RCB+jcosL's
[0016] 其中，RCB为正序等值电路短路在t = 0时刻定子侧发生了单相接地短路故障，在t = 0+时刻投入的Crowbar电阻，〇3为同步角速度，L's为定子绕组暂态电感。
[0017]所述步骤三中，正序等值电路短路前的定子侧磁链初值也〇为：
[0019]式中：Us。为短路前的机端电压初值，
[0020]转子侧磁链初值如〇为：
[0022]其中，Lr为转子等效电感，Lm为激磁电感，Rs为定子电阻，I sQ为短路前的机端电流初 值。
[0023] 所述步骤四中：
[0024] 暂态正序定子测磁链为：
[0026] 式中：A为正序压降系数，A = ka+kb+kc，kaSA相定子侧短路压降系数，k b为B相定子 侧短路压降系数，k。为C相定子侧短路压降系数;TSDFIG为暂态定子时间常数，
[0027]暂态正序转子测磁链卩^为：
[0029] 式中，TrSDFIG暂态转子时间常数；
[0030] 暂态负序定子磁链^^为：
[0034] 暂态负序转子磁链乂，为：
[0035] φΓη = 0〇
[0036] 所述步骤五中的正序定子侧电流1@为：
[0040]所述步骤六中的正序短路电流1_为：
[0048]本发明的有益效果：
[0049]本发明的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，在计算双馈风力发电 机单相接地短路电流时，考虑了Crowbar电阻对短路电流的计算的影响，更加精确的表达了 双馈风力发电机单相接地短路时，短路电流的大小，与现有公式相比，提高了计算的精度， 对于风电场的电气设备经济安全设计具有重要意义。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明一种实施例的流程示意图。
[0051] 图2是本发明一种实施例的正序等值电路图。
[0052] 图3是本发明一种实施例的负序等值电路图。
【具体实施方式】
[0053] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0054] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0055] 参见图1，一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，包括以下步骤：
[0056] 步骤一:利用对称分量法，将双馈风力发电机的模型分解成正序、负序下的模型， 正序、负序下的模型分别对应正序等值电路(参见图2)、负序等值电路(参见图3);
[0057] 步骤二:计算正序等值电路短路后的正序定子侧等效阻抗Zs，在本发明的一种实 施例中，正序定子侧等效阻抗匕为：
[0058] zs = RCB+jcosL's
[0059] 其中，Rcb为正序等值电路短路在t = 0时刻定子侧发生了单相接地短路故障，在t = 〇+时刻投入的Crowbar电阻，〇3为同步角速度，L's为定子绕组暂态电感。
[0060] 步骤三:根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程和正序定子侧等 效阻抗Zs，计算出正序等值电路短路前的定子侧磁链初值也〇和转子侧磁链初值也〇;
[0061 ]空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程为：
[0066]其中龙为定子侧电压，％为转子侧电压，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，I sQ为短路 前的机端电流初值，ξ为定子侧电流，ξ为转子侧电流为定子侧磁链?为转子侧磁链， U为转子等效电感，Lm为激磁电感；
[0067] 根据双馈风力发电机的电磁暂态原理，联立Zs = Rcb+j wsL's、Usq=1(p.u.)、Isq=1 (?.1!.)，其中(？.1!.)为标幺值，可得出：
[0071] 其中，Lr为转子等效电感，Lm为激磁电感，Rs为定子电阻，IsQ为短路前的机端电流初 值。
[0072] 步骤四：假设短路后，电压瞬间跌落到暂态功频分量，根据空间旋转坐标系下的双 馈风力发电机电磁暂态方程，分别计算出与正序等值电路和负序等值电路对应的暂态正序 定子测磁链&、暂态正序转子测磁链&、暂态负序定子磁链&和暂态负序转子磁链rL;
[0073] 暂态正序定子测磁链&为：
[0075] 式中：A为正序压降系数，A = ka+kb+kc，k^A相定子侧短路压降系数，kb为B相定子 侧短路压降系数，k。为C相定子侧短路压降系数;TSDFIG为暂态定子时间常数 [0076] 暂态正序转子测磁链^^为：
[0078] 式中，TrSDFIG暂态转子时间常数；
[0079]暂态负序定子磁链^^为：
[0081 ]式中:B为负序压降系数，
[0083] 暂态负序转子磁链:#^为：
[0084] φΓη = 0〇
[0085] 步骤五:根据所述的暂态正序定子测磁链、暂态正序转子测磁链、暂态负序 定子磁链1/1和暂态负序转子磁链V/:，分别计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正 序定子侧电流isp和负序定子侧电流isn;
[0088] 步骤六:利用坐标变换（即将坐标变换为abc三相坐标系），求出短路相(如A相）
[0089] 的正序短路电流ispa和单相负序短路电流isna;
[0092]步骤七:根据空间矢量坐标系、正序短路电流ispa和单相负序短路电流isna，计算短 路电流最大值is_x和短路电流周期分量有效值Is_r;
[0095] 在本发明中，Ls(J、Lr。分别为定子漏抗和转子漏抗，具体的公式为：
[0096] Ls = Ls〇+Lm
[0097] Lr = Lro+Lm
[0100]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在于，包括W下步骤： 步骤一:利用对称分量法，将双馈风力发电机的模型分解成正序、负序下的模型，正序、 负序下的模型分别对应正序等值电路、负序等值电路； 步骤二:计算正序等值电路短路后的正序定子侧等效阻抗Zs ; 步骤Ξ:根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程和正序定子侧等效阻 抗Zs，计算出正序等值电路短路前的定子侧磁链初值托〇和转子侧磁链初值如0 ; 步骤四：根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，分别计算出与正序 等值电路和负序等值电路对应的暂态正序定子测磁链、暂态正序转子测磁链rl，、暂态 负序定子磁链和暂态负序转子磁链; 步骤五:根据所述的暂态正序定子测磁链vC,、暂态正序转子测磁链、暂态负序定子 磁链和暂态负序转子磁链rL，:分别计算与正序等值电路和负序等值电路对应的正序定 子侧电流isp和负序定子侧电流isn; 步骤六:利用坐标变换求出短路相的正序短路电流ispa和单相负序短路电流isna; 步骤屯:根据空间矢量坐标系、正序短路电流ispa和单相负序短路电流isna，计算短路电 流最大值isamax和短路电流周期分量有效值Isavmr。2. 根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在 于： 所述步骤二中，正序定子侧等效阻抗Zs为： Zs = RcB+jWsL S 其中，Rcb为正序等值电路短路在t = 0时刻定子侧发生了单相接地短路故障，在t = 0+时 刻投入的化owbar电阻，ws为同步角速度，L's为定子绕组暂态电感。3. 根据权利要求2所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在 于： 所述步骤Ξ中，正序等值电路短路前的定子侧磁链初值托〇为：式中:Us。为短路前的机端电压初值， 转子侧磁链初值如〇为：其中，k为转子等效电感，Lm为激磁电感，Rs为定子电阻，IsO为短路前的机端电流初值。4. 根据权利要求3所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在 于，所述步骤四中： 暂态正序定子测磁链^为：式中：A为正序压降系数，A = ka+kb+k。，ka为A相定子侧短路压降系数，kb为B相定子侧短 路压降系数，k。为C相定子侧短路压降系数;TsDFIG为暂态定子时间常数暂态正序转子测磁 链护^为：式中，Tr为DFIG暂态转子时间常数； 暂态负序定子磁链若。^为：暂态负序转子磁链:品为： Φ?=0〇5. 根据权利要求4所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在 于:所述步骤五中的正序定子侧电流isp为：6. 根据权利要求5所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在 于:所述步骤六中的正序短路电流ispa为：7. 根据权利要求6所述的一种双馈风力发电机单相接地短路电流计算方法，其特征在 于:所述步骤屯中的短路电流最大值isamax为：短路电流周期分量有效值Isa?r为：
【文档编号】G06F19/00GK106096282SQ201610417657
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610417657.7, CN 106096282 A, CN 106096282A, CN 201610417657, CN-A-106096282, CN106096282 A, CN106096282A, CN201610417657, CN201610417657.7
【发明人】潘文霞, 杨刚, 刘明洋, 刘汉江, 陈剑, 柴守江
【申请人】河海大学