一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型的制作方法

技术特征：

1.一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、将双馈风机转子侧变换器RSC等效为谐波源，通过变换矩阵，将转子谐波电压从转子旋转坐标系转换为同步速旋转dq坐标系下的间谐波电压，获得转子n次谐波电压和同步速旋转dq坐标系下h次间谐波电压的角频率和相角转换关系；

步骤2：在同步速旋转dq坐标系下，基于瞬时值形式的双馈风机电压方程和磁链方程，建立双馈风机的间谐波等效电路数学模型；

步骤3：计及系统侧的间谐波电压方程，变换步骤2中双馈风机间谐波等效电路数学模型，获得在同步速旋转dq坐标系下，以转子间谐波电压为输入、以定子间谐波电流为输出的双馈风机定子间谐波电流解析计算模型；

步骤4：将步骤1中的转子间谐波电压代入步骤3所述双馈风机定子间谐波电流解析计算模型中，输出同步速旋转dq坐标系下的定子间谐波电流相量，将其变换为瞬时值形式，然后再从dq坐标系转换到三相静止坐标系，获得三相静止坐标系下的双馈风机定子间谐波电流的幅值、频率和相角的解析模型；

步骤5：通过计算或测量获取RSC注入转子的n次谐波电压的角频率、幅值和相角，判断谐波电压的相序，确定谐波相序标志p的值，根据步骤1中的角频率和相角转换关系，由转子谐波电压角频率计算出同步速旋转dq坐标系下的间谐波角频率和相角；输入步骤2和3中所述的系统参数，包括系统频率f、系统等值电阻R_ss和等值电感L_ss及双馈风机的电气参数，包括双馈风机转差电角速度ω_slip、定转子匝数比K_e、定子电阻R_s、定子漏感L_ls、定子一相绕组交链的最大互感磁通对应的定子互感值L_ms、折算后的转子电阻R_r和转子漏感L_lr；计算步骤3中所述解析模型参数的幅值和相角，即包括解析模型导纳矩阵复系数A的幅值和相角、转子对定子同轴作用系数rs的幅值和相角以及转子对定子dq轴互作用系数的幅值和相角；根据步骤4中所述三相静止坐标系下的双馈风机定子间谐波电流的频率、幅值和相角的解析模型，输出双馈风机定子三相间谐波电流的幅值、频率和相角。

2.根据权利要求1所述的一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型，其特征在于，所述转子n次谐波电压和同步速旋转dq坐标系下h次间谐波电压的角频率与相角转换关系为

转子旋转坐标系到同步速旋转dq坐标系间的变换矩阵C_abc/dq为

$C_{abc/dq}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\θ}}^{\′}& \cos ({\mathrm{\θ}}^{\′}-2\mathrm{\π}/3)& \cos ({\mathrm{\θ}}^{\′}+2\mathrm{\π}/3)\\ -{\mathrm{sin\θ}}^{\′}& -\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}-2\mathrm{\π}/3)& -\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中：θ'为t时刻d轴与转子a相轴线之间的夹角，θ'＝ω_slipt+θ′₀，θ'₀为初始时刻d轴与转子a相轴线之间的夹角；ω_slip为转差电角速度；

转子谐波电压转换为同步速旋转dq坐标系下的间谐波电压为：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{rdh}\\ u_{rqh}\end{array}\right]=C_{abc/dq}\left[\begin{array}{c}{u}_{ran}\\ u_{rbn}\\ u_{rcn}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{U}_{rn}cos\[(n+{(-1)}^p)(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_r)t+({\mathrm{\θ}}_n-{\mathrm{\θ}}_0^{\′})\]\\ {(-1)}^{p+1}{U}_{rn}\sin \[(n+{(-1)}^p)(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_r)t+({\mathrm{\θ}}_n-{\mathrm{\θ}}_0^{\′})\]\end{array}\right]---\left(2\right)$

式中：正序谐波下为p＝1，负序谐波下为p＝0；ω_r为转子转速；ω为定子磁链的旋转速度，即同步速；U_rn为n次转子谐波电压折算至定子侧的有效值；θ_n为n次转子谐波电压的相角；u_ran、u_rbn、u_rcn分别为双馈风机转子在三相静止坐标系下的A、B、C三相n次谐波电压；u_rdh、u_rqh分别为双馈风机转子在同步速旋转dq坐标系下d轴和q轴h次间谐波电压；

转子n次谐波电压和同步速旋转dq坐标系下h次间谐波电压的角频率转换关系为：

hω＝(n+(-1)^p)(ω-ω_r) (3)

转子n次谐波电压和同步速旋转dq坐标系下h次间谐波电压的相角转换关系为：

θ_h＝θ_n-θ′₀ (4)

式中：θ_h为h次转子间谐波电压的相角。

3.根据权利要求2所述的一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型，其特征在于，同步速旋转dq坐标系下，瞬时值形式的双馈风机电压方程为

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{sdh}=R_s{i}_{sdh}+{\mathrm{d\ψ}}_{sdh}/dt-{\mathrm{\ω\ψ}}_{sqh}\\ u_{sqh}=R_s{i}_{sqh}+{\mathrm{d\ψ}}_{sqh}/dt+{\mathrm{\ω\ψ}}_{sdh}\\ u_{rdh}=R_r{i}_{rdh}+{\mathrm{d\ψ}}_{rdh}/dt-{\mathrm{\ω}}_{slip}{\mathrm{\ψ}}_{rqh}\\ u_{rqh}=R_r{i}_{rqh}+{\mathrm{d\ψ}}_{rqh}/dt+{\mathrm{\ω}}_{slip}{\mathrm{\ψ}}_{rdh}\end{array}\right.---\left(5\right)$

同步速旋转dq坐标系下，瞬时值形式的磁链方程为

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{sdh}=L_s{i}_{sdh}+L_m{i}_{rdh}\\ {\mathrm{\ψ}}_{sqh}=L_s{i}_{sqh}+L_m{i}_{rqh}\\ {\mathrm{\ψ}}_{rdh}=L_r{i}_{rdh}+L_m{i}_{sdh}\\ {\mathrm{\ψ}}_{rqh}=L_r{i}_{rqh}+L_m{i}_{sqh}\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中：u_rdh、i_rdh与ψ_rdh分别为双馈风机转子d轴h次间谐波的电压、电流与磁链的瞬时值；u_rqh、i_rqh与ψ_rqh分别为双馈风机转子q轴h次间谐波的电压、电流与磁链的瞬时值；u_sdh、i_sdh与ψ_sdh分别为双馈风机定子d轴h次间谐波的电压、电流与磁链的瞬时值；u_sqh、i_sqh与ψ_sqh分别为双馈风机定子d轴h次间谐波的电压、电流与磁链的瞬时值；转差电角速度ω_slip＝ω-ω_r；R_r、R_s分别为转子与定子电阻；L_m为dq坐标系中定、转子同轴等效绕组间的互感，L_ms为与定子一相绕组交链的最大互感磁通对应的定子互感值；L_s为dq坐标系中定子等效两相绕组自感，L_s＝L_m+L_1s；L_r为dq坐标系中转子等效两相绕组自感，L_r＝L_m+L_1r；L_1s、L_1r分别为定、转子漏感；

双馈风机的间谐波等效电路数学模型的电路方程为

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{rdh}=R_r{i}_{rdh}+L_m{\mathrm{di}}_{sdh}/dt+L_r{\mathrm{di}}_{rdh}/dt-{\mathrm{\ω}}_{slip}(L_r{i}_{rqh}+L_m{i}_{sqh})\\ u_{rqh}=R_r{i}_{rqh}+L_m{\mathrm{di}}_{sqh}/dt+L_r{\mathrm{di}}_{rqh}/dt+{\mathrm{\ω}}_{slip}(L_r{i}_{rdh}+L_m{i}_{sdh})\\ u_{sdh}=R_s{i}_{sdh}+L_m{\mathrm{di}}_{rdh}/dt+L_s{\mathrm{di}}_{sdh}/dt-\mathrm{\ω}(L_s{i}_{sqh}+L_m{i}_{rqh})\\ u_{sqh}=R_s{i}_{sqh}+L_m{\mathrm{di}}_{rqh}/dt+L_s{\mathrm{di}}_{sqh}/dt+\mathrm{\ω}(L_s{i}_{sdh}+L_m{i}_{rdh})\end{array}\right.---\left(7\right).$

4.根据权利要求3所述的一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型，其特征在于，所述双馈风机定子间谐波电流解析计算模型，其相量矩阵形式为：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{sdh}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{sqh}\end{array}\right]=\frac{1}{A}\left[\begin{array}{cc}rs& {\mathrm{rs}}_{dq}\\ -{\mathrm{rs}}_{dq}& rs\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{rdh}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{rqh}\end{array}\right]---\left(8\right)$

式中，A、rs及rs_dq为中间变量。

5.根据权利要求4所述的一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型，其特征在于，所述双馈风机定子三相间谐波电流的幅值、频率和相角为

定子间谐波电流的幅值I_sh为：

$I_{sh}=U_{rn}\sqrt{|\frac{rs}{A}{|}^2+|\frac{{\mathrm{rs}}_{dq}}{A}{|}^2+2\×{(-1)}^{p+1}\×\left|\frac{rs}{A}\right|\×\left|\frac{{\mathrm{rs}}_{dq}}{A}\right|\×sin({\mathrm{\θ}}_{rsdq}-{\mathrm{\θ}}_{rs})}---\left(9\right)$

其中，θ_rsdq为所述转子对定子dq轴互作用复系数的rs_dq相角；θ_rs为所述转子对定子同轴作用复系数rs的相角；

定子间谐波电流频率f_ih为：

$f_{ih}=|(n+{(-1)}^p){\mathrm{\ω}}_{slip}+{(-1)}^{p+1}\mathrm{\ω}|/\left(2\mathrm{\π}\right)=\left\{\begin{array}{c}|(n-1){\mathrm{\ω}}_{slip}+\mathrm{\ω}|/\left(2\mathrm{\π}\right),p=1\\ |(n+1){\mathrm{\ω}}_{slip}-\mathrm{\ω}|/\left(2\mathrm{\π}\right),p=0\end{array}\right.---\left(10\right)$

定子间谐波电流的相角为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{iah}^{\′}=\arctan \left(\frac{\left|\frac{{\mathrm{rs}}_{dq}}{A}\right|{(-1)}^{p+1}{\mathrm{cos\θ}}_{isqh}^{\′}-\left|\frac{rs}{A}\right|{\mathrm{sin\θ}}_{issh}^{\′}}{\left|\frac{rs}{A}\right|{\mathrm{cos\θ}}_{issh}^{\′}+\left|\frac{{\mathrm{rs}}_{dq}}{A}\right|{(-1)}^{p+1}{\mathrm{sin\θ}}_{isqh}^{\′}}\right)\\ {\mathrm{\θ}}_{ibh}^{\′}={\mathrm{\θ}}_{iah}^{\′}-2\mathrm{\π}/3\\ {\mathrm{\θ}}_{ich}^{\′}={\mathrm{\θ}}_{iah}^{\′}+2\mathrm{\π}/3\end{array}\right.---\left(11\right)$

θ′_iah、θ′_ibh、θ′_ich分别为所求的A、B、C三相定子间谐波电流的相角。