基于保护动作时序的风力发电厂整定计算模型的建立方法与流程

本发明涉及电力系统整定计算领域，具体来讲是一种考虑保护动作时序的风力发电厂整定计算模型的建立方法。

背景技术：

随着风电厂站的大规模并网,尤其是作为主力机型的双馈风电机(dfig)的大量接入，改变了现有电力系统的运行特征，如电网潮流转移、短路故障时电网设备短路电流的变化等，对电力系统继电保护整定计算有着很大的影响。综合目前国内外研究现状，对于风机接入电网的建模方法研究较少，尤其是针对继电保护整定计算中风力发电厂的建模方法更是寥寥无几。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了基于保护动作时序的风力发电厂整定计算模型的建立方法，所述方法包括：

步骤一、确认当前计算定值的保护动作时序，包括ⅰ段定值、ⅱ段定值、ⅲ段定值或重合闸；

步骤二、根据当前定值保护动作时序，将风力发电厂整定计算模型的建立分为两类：一类为ⅰ段定值保护时序下的计算模型、二类为ⅱ段定值、ⅲ段定值或重合闸保护时序下的计算模型，不同类别下风力发电厂整定计算模型不同；

步骤三、若当前保护定值为一类计算模型，即i段定值，则选取考虑撬棒投入的等效模型，采用等效异步机模型，应用短路阻抗进行计算，最后采用稳态短路算法计算短路电流，跳转到步骤六；

步骤四、若当前保护定值为二类计算模型，即ⅱ段定值、ⅲ段定值或重合闸，则选取考虑撬棒投入的等效模型，采用变流器励磁控制控制模型，等效为电压控制电流源，最后采用迭代法计算短路电流，跳转到步骤六；

步骤五、若当前保护定值不包含在一类计算模型和二类计算模型中，则跳转到(6)；

步骤六、结束风力发电厂整定计算模型的建立。

可选的，所述方法包括：

建立了撬棒保护投入的等效电流模型和变流器励磁控制下的等效电流模型。

可选的，所述撬棒保护投入的等效电流模型包括：

撬棒保护投入下，正负序网络中的等值阻抗为：

式中，lsσ为定子漏抗，lrσ为转子漏抗，ω为基波角频率，lm为定转子互感，s为转差率，r’r为转子等效电阻，r’r＝rr+rc，为转子电阻与撬棒电阻之和。

可选的，所述撬棒保护投入的等效电流模型包括：

变流器励磁控制下，正负序受控电流源的表达式为：

式中，iw表示电流幅值，表示电流相角(以机端电压a相相角为基准)，表示正负序电压相角，isd为定子电流d轴分量，isq为定子电流q轴分量，igd表示gsc电流d轴分量。下标中的1、2分别表示正序分量和负序分量；

定子电流与gsc电流的dq轴分量表达式与控制目标有关；

本发明采用平衡定子电流控制，定子电流与gsc电流为：

其中，ωs为转差角速度；

转子电流为：

ird2＝0(9)。

本方案的有益效果：

针对电网故障后fdig在极端电压发生跌落后不同保护动作时序采取的两种控制模式，分别分析fdig在不同控制模式下的短路计算模型，并将fdig短路计算模型应用于整定计算建模中，使得继电保护整定计算充分考虑fdig整定计算模型的影响，保障电网的安全稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于保护动作时序的风力发电厂整定计算模型的建立方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

本方法针对电网故障后fdig在极端电压发生跌落后不同保护动作时序采取的两种控制模式，分别分析fdig在不同控制模式下的短路计算模型，并将fdig短路计算模型应用于整定计算建模中，使得继电保护整定计算充分考虑fdig整定计算模型的影响，保障电网的安全稳定运行。

基于保护动作时序的风力发电厂整定计算模型的建立方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤一、确认当前计算定值的保护动作时序，包括ⅰ段定值、ⅱ段定值、ⅲ段定值或重合闸；

步骤二、根据当前定值保护动作时序，将风力发电厂整定计算模型的建立分为两类：一类为ⅰ段定值保护时序下的计算模型、二类为ⅱ段定值、ⅲ段定值或重合闸保护时序下的计算模型，不同类别下风力发电厂整定计算模型不同；

步骤三、若当前保护定值为一类计算模型，即i段定值，则选取考虑撬棒投入的等效模型，采用等效异步机模型，应用短路阻抗进行计算，最后采用稳态短路算法计算短路电流，跳转到步骤六；

步骤四、若当前保护定值为二类计算模型，即ⅱ段定值、ⅲ段定值或重合闸，则选取考虑撬棒投入的等效模型，采用变流器励磁控制控制模型，等效为电压控制电流源，最后采用迭代法计算短路电流，跳转到步骤六；

步骤五、若当前保护定值不包含在一类计算模型和二类计算模型中，则跳转到步骤六；

步骤六、结束风力发电厂整定计算模型的建立。

双馈风电机组在机端电压发生跌落后，不同时段可能存在不同的控制模式，主要包括撬棒电路投入的情况和变流器励磁控制的情况。撬棒保护投入的情况下，根据撬棒退出时间又可分为故障切除前、短路电流受到抑制后(约100ms后)退出(主动控制)，和故障切除后退出(被动控制)。根据研究表明，故障切除前退出更利于故障恢复，因此采用的较多。

短路电流计算需计算故障发生后初期的短路电流，服务于i段保护；还需计算故障发生0.5s后的短路电流，服务于ii段、iii段保护。

双馈风电机组在电压跌落后的响应情况，可概况描述为：1)故障初期，当电压跌落较深时，投入撬棒保护；当电压跌落较浅时，由变流器控制。2)故障后期，撬棒保护采用主动控制的风电机组将切换至变流器控制模式，而采用被动控制的风电机组依然处于撬棒保护投入状态，直至故障切除。

综合以上分析，对dfig短路电流的建模也需分情况讨论。整体可分为撬棒投入状态和变流器励磁控制状态。其中，撬棒投入状态下dfig视为异步电机，且由于其转速不能近似为同步速，因此故障后的基频分量与传统异步电机的模型不同，不存在暂态衰减，故障初期与故障后期短路电流不变。而变流器励磁控制下，由于控制的快速响应特性，也可认为短路电流基频分量在故障初期和后期维持不变，为计算方便，可等效为受控电流源。

以下分别建立了撬棒保护投入和变流器励磁控制下的等效电流模型。

(1)撬棒保护投入下，正负序网络中的等值阻抗为：

式中，lsσ为定子漏抗，lrσ为转子漏抗，ω为基波角频率，lm为定转子互感，s为转差率，r’r为转子等效电阻，r’r＝rr+rc，为转子电阻与撬棒电阻之和。

(2)变流器励磁控制下，正负序受控电流源的表达式为：

式中，iw表示电流幅值，θw表示电流相角(以机端电压a相相角为基准)，θu1,2表示正负序电压相角，isd为定子电流d轴分量，isq为定子电流q轴分量，igd表示gsc电流d轴分量。下标中的1、2分别表示正序分量和负序分量。

定子电流与gsc电流的dq轴分量表达式与控制目标有关。

本发明采用平衡定子电流控制，定子电流与gsc电流为：

其中，ωs为转差角速度；

转子电流为：

ird2＝0(9)

通过上述公式可知，该dfig短路电流模型中所需的外部变量为：故障后机端电压正负序分量和故障前有功功率，其中故障前有功功率可根据运行工况初始化给定，故障后电压需迭代计算；所需的内部变量为发电机定转子绕组自感、互感和电阻，可通过发电机参数获得。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。