专利名称：含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统短路电流计算方法，尤其涉及一种含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法。
背景技术：
风电场所在地区一般处于 供电网络的末端，承受冲击的能力很弱，因系统故障而引起的风电场脱网，将对电力系统带来严重的影响，有可能导致整个地区电网的崩溃，这对电力系统保护整定提出了新的要求，而短路特性是保护配置的前提和依据。关于我国电网广泛使用的双馈感应风力发电机组的故障暂态过程的研究仍不深入，尚未形成系统理论的短路电流计算方法，且含双馈风电机组的电力系统的短路电流实用计算方法仍鲜有提及。目前风电机组接入的电力系统的工程短路电流计算面临的主要问题是I)对双馈风电机组故障暂态过程的分析主要采用时域仿真和解析推导两种方法。已提出的双馈风电机组短路电流表达式仅考虑了定子电压幅值下降为零的情况，皆未对不同电网电压跌落程度双馈风电机组的暂态过程进行研究。2)利用网络元件的电磁暂态模型进行短路电流计算，结果准确，但方法复杂且计算量大，不能满足工程需求。短路电流实用计算方法应兼顾准确性和简化性，至今没有形成系统理论的含双馈风电机组的电力系统的短路电流实用计算方法。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，它具有计算过程简单、准确实用，为含双馈风电机组的电力系统的保护整定工作奠定良好基础的优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，具体步骤为步骤一利用静止坐标轴系下双馈风电机组的电磁暂态模型，推导出双馈风电机组定、转子电流与磁链的关系； 双馈风电机组的电磁暂态模型Us=RJi+^-(I)
atur = Rjr + 字· + jcorf/r(2)
atWs =LsIs+LJr(3)\pr = Lmis +LJr(4)其中，下标s和r分别表示定子绕组和转子绕组龙为定子电压Λ为转子电压，ζ为定子电流，I为转子电流，A为定子磁链，化为转子磁链，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，Ls为定子电感，Ljr为转子电感；LS = Lso +Lm, Lr = Lro +Lm, Ls。、L"分别为定子、转子绕组的漏感，Lm为激磁电感；为转子的电角速度。为描述双馈风电机组的定、转子电流与磁链的关系，将⑶式和⑷式改写为(、)
人/
-T _ J Ws Wr1,·--K ~7 + ~7(6)
Lr Lr式中，IV和L/分别为定、转子绕组的暂态电感，匕和匕分别为定子、转子电感耦合系数。且4'=4-￥ = 4。+ ^^木=><=4= +。
^rcr +人 r~s^sa +s步骤二 分析双馈风电机组定子磁链的故障暂态过程；双馈风电机组正常运行时，定子电压空间矢量K的幅值表示为Us，转速为同步电角速度《s的旋转矢量j7, =U^e'ae,m'r =LI^mj(7)式中，江为定子电压向量，α为a相电压的初相角；t表不时间，h表不故障发生时刻,t > O, tpO ;根据式⑴电压方程,若忽略定子电阻的作用，定子磁链稳态分量随时间的变化率近似等于定子电压，则电网故障前，定子磁链为
I/ Q^tVs(Kf0)=-~(8)设t = h时刻，电网发生三相短路故障，定子电压幅值跌落至稳态值Usf，定子电压跌落系数定义为K = Us Jjsf(9)定子电压跌落系数体现了故障点与风电机组之间的电气距离，为O时表示故障点与双馈风电机组的电气距离无限远或是没有发生故障，为I时表示机端三相短路故障；usf=(I-K) Us，则故障后定子电压表示为Ss(^t0) = (I-JC0seMt(10)由以上定子电压得故障后定子磁链稳态分量为V7sf(t>,0) J1 ~K)U^'(11)电网发生三相短路故障瞬间，双馈风电机组定子电压幅值跌落，定子磁链稳态分量减小；由于磁链不能突变，为补偿定子磁链稳态分量的减小，定子磁链中将产生暂态的非周期分量；该非周期分量的初值为故障前后定子磁链稳态分量幅值之差
KLJ eJr%t°Ψsd (,ο+ )~Ψs ( -)— Wsf (4+) ~ ;(12)
J A由于定子电阻的存在，定子磁链非周期分量将逐渐衰减，衰减时间常数为tS=^-(…则电网故障后，定子磁链非周期分量为
权利要求
1.一种含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，具体步骤为 步骤一利用静止坐标轴系下双馈风电机组的电磁暂态模型，建立双馈风电机组定、转子电流与磁链的关系； 步骤二 发生电网三相短路故障后，分析双馈风电机组定子磁链的故障暂态过程和转子磁链的故障暂态过程，确定电网故障后的定子电压、定子磁链和转子磁链，从而建立双馈风电机组定子短路电流空间矢量表达式； 步骤三将含双馈风电机组的电力系统简化等值为一个二支路网络，为发电机支路和系统支路； 步骤四根据定子短路电流空间矢量表达式确定发电机支路定子短路电流的周期分量、非周期分量和转子频率分量； 步骤五将电力系统中各台发电机次暂态电抗作为等值电抗，不计网络中负荷作出等值网络，将其化简为含有发电机电动势节点和短路点的简化网络，得各电源对短路点间的转移阻抗，根据转移阻抗确定系统支路短路电流周期分量的幅值和系统支路短路电流的非周期分量； 步骤六将发电机支路定子短路电流的周期分量、非周期分量与系统支路的短路电流周期分量、非周期分量分别相加，再与发电机支路的转子频率分量一起表示为短路点F处的短路电流 /。
2.如权利要求I所述含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，所述步骤一的具体步骤为 双馈风电机组的电磁暂态模型圮=从+警(I) — 0 - dfr .— u,.= Kh +(2) Ws=LA+LJr(3) Ψτ ~ ^mK + h(4) 其中，下标s和r分别表示定子绕组和转子绕组式为定子电压，&为转子电压，ξ为定子电流，I为转子电流，无为定子磁链ψ力转子磁链，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，Ls为定子电感，Ljr为转子电感；LS = Ls。+Lm, Lr = Lr0 +Lm, Ls。、L"分别为定子、转子绕组的漏感，Lm为激磁电感；为转子的电角速度；为了描述双馈风电机组的定、转子电流与磁链的关系，将(3)式和(4)式改写为 (5) L； K r sL' L'(6) rr 式中，Ls'和L/分别为定子、转子绕组的暂态电感，匕和匕分别为定子、转子的电感耦合系数;且4' =4-7^ = 4.+^^·，k>. =Tl，l:- =Lr -T1^z-,ks 。
ZvLro. + LmLrLsLsa + LmLs
3.如权利要求I所述含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，所述步骤二中求得电网故障后的定子电流和电子磁链的具体步骤为 双馈风电机组正常运行时，定子电压4幅值表示为Us，转速为同步电角速度COs的旋转矢量: us = Usejae30^ = ilse>a·1(7) 式中，A为定子电压向量，α为a相电压的初相角，j为复数，t表示时间；t表不时间，h表不故障发生时刻，t > O, t0>0 ;根据式(I)电压方程，若忽略定子电阻的作用，定子磁链稳态分量随时间的变化率近似等于定子电压，则电网故障前，定子磁链 为TJ Wsif <fo) = —~(8) 设t = h时刻，电网发生三相短路故障，定子电压幅值跌落至稳态值Usf，定子电压跌落系数定义为 (9)Us' 定子电压跌落系数体现了故障点与风电机组之间的电气距离，为O时表示故障点与双馈风电机组的电气距离无限远或是没有发生故障，为I时表示机端三相短路故障；usf =(I-K) Us，则故障后定子电压表示为 χι>^) = (\-κ) ^( ο) 由以上定子电压得故障后定子磁链稳态分量为 —,、、{\-KWsej^.... Wsi(t^h) =---(H) 风 电网发生三相短路故障瞬间，双馈风电机组定子电压幅值跌落，定子磁链稳态分量减小；由于磁链不能突变，为补偿定子磁链稳态分量的减小，定子磁链中将产生暂态的非周期分量；该非周期分量的初值为故障前后定子磁链稳态分量幅值之差KJJ eMh= Ψ.Λ^-)-ψ,Μ = ----(12) 由于定子电阻的存在，定子磁链非周期分量将逐渐衰减，衰减时间常数为 Τ = γ(13) 则电网故障后，定子磁链非周期分量为 —, 、KLlej0A t,r…、 综上，电网发生三相短路故障后，双馈风电机组定子磁链表达式为故障后定子磁链稳态分量和定子磁链非周期分量之和Ψ^( > I ) = ψ^{ >^(15)。
4.如权利要求I所述含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，所述步骤二中确定电网故障后转子磁链的具体步骤为 正常运行时，由双馈风电机组电磁暂态模型，知转子磁链为 Wr = jU + L i =广- i,) - l Js(16) 由⑴、(2)式得
5.如权利要求I所述含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，所述步骤二中确定电网故障后定子短路电流空间矢量表达式的具体步骤为 1)计算定子磁链非周期分量时，采用故障瞬间定子电压幅值1(、)对应的的定子电压跌落系数
6.如权利要求I所述含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，所述步骤四的具体步骤为 1)求取发电机支路定子短路电流周期分量； 由电网发生三相短路故障后，根据修正后的双馈风电机组定子短路电流，确定发电机支路电流的周期分量为
7.如权利要求I所述含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，所述步骤五的具体步骤为 .1)求取系统支路短路电流周期分量； 将电力系统中各台发电机次暂态电抗作为等值电抗，不计网络中负荷作出等值网络，得各电源对短路点间的转移阻抗Xp ;系统支路短路电流周期分量的幅值为
8.如权利要求I所述含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，其特征是，所述步骤六的具体步骤为 1)短路点短路电流周期分量的幅值； 短路点短路电流周期分量为发电机支路短路电流和系统支路短路电流周期分量之和；故短路点短路电流周期分量的幅值Iff为
全文摘要
本发明公开了一种含双馈风电机组的电力系统短路电流计算方法，分析了双馈风电机组的电磁暂态模型和定、转子磁链的故障暂态过程，推导出不同定子电压跌落程度下双馈风电机组定子短路电流的表达式，提出可有效减小短路电流计算误差的定子电压跌落系数修正方法和含双馈风电机组的电力系统短路电流实用计算方法。以故障点为分界，将电力系统简化等值为含发电机支路和系统支路的二支路网络，求取发电机支路和系统支路短路电流周期分量的运算曲线，确定短路点短路电流周期分量的幅值，推导了短路点短路电流非周期分量和转子频率分量的表达式，计算过程简单、准确实用，可为含双馈风电机组的电力系统的保护整定等工作奠定良好基础。
文档编号G06F17/50GK102867085SQ201210324038
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者陈青, 邢鲁华, 黄德斌 申请人:山东大学