雙饋發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及到電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)（doubl}f-fedinductiongenerator,DFIG)實質(zhì)上是一種繞線式 轉(zhuǎn)子電機(jī)，由于其定、轉(zhuǎn)子都能向電網(wǎng)饋電，故被稱為雙饋發(fā)電機(jī)。DFIG的定子電壓由電網(wǎng) 提供，轉(zhuǎn)子電壓由變流器提供。DFIG系統(tǒng)允許在限定的大范圍內(nèi)變速運行。通過注入變流 器的轉(zhuǎn)子電流，變流器對機(jī)械頻率和電頻率之差進(jìn)行補(bǔ)償。在正常運行和故障期間，DFIG的 運轉(zhuǎn)狀態(tài)由變流器及其控制器管理。
[0003] 電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障將引起DFIG機(jī)端電壓跌落、相位跳變、轉(zhuǎn)子過電流和直流母 線過電壓等一系列暫態(tài)過程，同時電網(wǎng)中負(fù)序分量的存在也將嚴(yán)重威脅DFIG的故障穿越 能力W及電力電子變流器的安全運行。因此，如何精確描述DFIG的不對稱短路暫態(tài)特性已 成為亟待解決的關(guān)鍵問題。
[0004]DFIG的轉(zhuǎn)子與定子電流在電網(wǎng)故障時的暫態(tài)過程尤為復(fù)雜，不僅與DFIG定子磁 鏈的暫態(tài)變化相關(guān)，而且與其控制方式、外部電網(wǎng)運行工況W及故障情況等諸多因素相關(guān)。 目前，對不對稱故障下的DFIG進(jìn)行明確分析的現(xiàn)有技術(shù)相對較少，主要采用數(shù)學(xué)解析和理 論分析相結(jié)合的方法。在DFIG暫態(tài)特性的分析初期，主要針對幾種典型的不對稱故障情況 仿真模擬其磁鏈的暫態(tài)變化過程，但DFIG暫態(tài)過程W及作用機(jī)理未能在仿真系統(tǒng)中體現(xiàn)。 針對該問題，根據(jù)正序和負(fù)序電網(wǎng)電壓分別求解電機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子電壓動態(tài)響應(yīng)，采用 繪制電機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子電壓矢量軌跡圖的方法來直觀描述電機(jī)故障動態(tài)響應(yīng)過程，但沒 有定量分析DFIG定轉(zhuǎn)子短路電流。在后續(xù)仿真系統(tǒng)實現(xiàn)方法中發(fā)現(xiàn)DFIG中正序、負(fù)序和零 序分量相互之間獨立存在，可通過計算定子磁鏈的正負(fù)序分量，得到轉(zhuǎn)子保護(hù)接入后DFIG 的定轉(zhuǎn)子短路電流表達(dá)式。然而變流器控制對短路電流暫態(tài)特性的影響在計算過程中被忽 略，導(dǎo)致暫態(tài)過程描述不夠準(zhǔn)確。針對該問題，已有現(xiàn)有技術(shù)考慮了轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制與定 子磁鏈的暫態(tài)變化，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)轉(zhuǎn)子短路電流表達(dá)式，但忽略了故障時DFIG機(jī)端電壓 相位跳變、網(wǎng)側(cè)變流器控制、直流母線電壓波動等因素對轉(zhuǎn)子電流的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中對于DFIG在故障過程中的仿真方法忽略變流器控制對短路電 流暫態(tài)特性的影響、故障時DFIG機(jī)端電壓相位跳變、網(wǎng)側(cè)變流器控制、直流母線電壓波動 等因素，本發(fā)明提出了一種雙饋發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)及方法。首先建立考慮DFIG網(wǎng)側(cè)變流器控 審IJ、機(jī)端電壓相位跳變的正序和負(fù)序故障暫態(tài)模型，在此基礎(chǔ)上，得到了在電網(wǎng)不對稱故障 下的DFIG正序和轉(zhuǎn)子負(fù)序電流和定子電流的瞬時表達(dá)式。本發(fā)明考慮機(jī)端電壓相位跳變、 網(wǎng)側(cè)變流器控制、直流母線電壓波動等因素，精確描述DFIG的不對稱短路暫態(tài)特性，仿真 系統(tǒng)可體現(xiàn)在不同時刻發(fā)生不對稱性電壓故障時短路電流隨時間的變化規(guī)律。
[0006] 為了實現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0007] -種雙饋發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)包括；故障數(shù)據(jù)采集模塊、雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊、定 轉(zhuǎn)子正序電流分量計算模塊、雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊、定轉(zhuǎn)子負(fù)序電流分量計算模塊、故 障電流輸出模塊；
[0008] 所述的故障數(shù)據(jù)采集模塊連接至雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊和雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模 型模塊，用于采集故障前后機(jī)端正序電壓、負(fù)序電壓和機(jī)組狀態(tài)參數(shù)，并發(fā)送至雙饋發(fā)電機(jī) 正序模型模塊和雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊；
[0009] 所述的雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊連接至定轉(zhuǎn)子正序電流分量計算模塊，用于計算 故障后定子正序磁鏈、機(jī)端正序電壓相位跳變值W及網(wǎng)側(cè)變流器對轉(zhuǎn)子正序電流的影響 值；
[0010] 所述的雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊連接至定轉(zhuǎn)子負(fù)序電流分量計算模塊，用于計算 定子負(fù)序磁鏈；
[0011] 所述的定轉(zhuǎn)子正序電流分量計算模塊和定轉(zhuǎn)子負(fù)序電流分量計算模塊還連接至 故障電流輸出模塊，分別用于計算定轉(zhuǎn)子正序電流分量和負(fù)序電流分量；
[0012] 所述的故障電流輸出模塊用于根據(jù)定轉(zhuǎn)子正序電流分量和負(fù)序電流分量計算并 輸出定轉(zhuǎn)子短路電流。
[0013] 所述故障電流輸出模塊包括定轉(zhuǎn)子短路全電路合成單元和帕克變換單元，其中定 轉(zhuǎn)子短路全電路合成單元用于根據(jù)定轉(zhuǎn)子正序電流分量和負(fù)序電流分量確定定轉(zhuǎn)子短路 全電流，所述帕克變換單元用于將定轉(zhuǎn)子短路全電路合成單元的結(jié)果進(jìn)行帕克變換，獲得 定轉(zhuǎn)子短路電流。
[0014] 所述故障數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)包括發(fā)送至雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊的故障 前后機(jī)端正序電壓和機(jī)組狀態(tài)參數(shù)，W及發(fā)送至雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊的故障前后機(jī)端 負(fù)序電壓和機(jī)組狀態(tài)參數(shù)。
[0015] 所述的雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊計算故障后定子正序磁鏈、機(jī)端正序電壓相位跳 變值W及網(wǎng)側(cè)變流器對轉(zhuǎn)子正序電流的影響值包括：
[0016] 故障后定子正序磁鏈為：
【主權(quán)項】
1. 一種雙饋發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：故障數(shù)據(jù)采集模塊、雙饋發(fā)電機(jī)正序模 型模塊、定轉(zhuǎn)子正序電流分量計算模塊、雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊、定轉(zhuǎn)子負(fù)序電流分量計 算模塊、故障電流輸出模塊； 其中故障數(shù)據(jù)采集模塊連接至雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊和雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊， 用于采集故障前后機(jī)端正序電壓、負(fù)序電壓和機(jī)組狀態(tài)參數(shù)，并發(fā)送至雙饋發(fā)電機(jī)正序模 型模塊和雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊； 雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊連接至定轉(zhuǎn)子正序電流分量計算模塊，用于計算故障后定子 正序磁鏈、機(jī)端正序電壓相位跳變值以及網(wǎng)側(cè)變流器對轉(zhuǎn)子正序電流的影響值； 雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊連接至定轉(zhuǎn)子負(fù)序電流分量計算模塊，用于計算定子負(fù)序磁 鏈； 定轉(zhuǎn)子正序電流分量計算模塊和定轉(zhuǎn)子負(fù)序電流分量計算模塊還連接至故障電流輸 出模塊，分別用于計算定轉(zhuǎn)子正序電流分量和負(fù)序電流分量； 故障電流輸出模塊用于根據(jù)定轉(zhuǎn)子正序電流分量和負(fù)序電流分量計算并輸出定轉(zhuǎn)子 短路電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的雙饋發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述故障電流輸出模 塊包括定轉(zhuǎn)子短路全電路合成單元和帕克變換單元，其中定轉(zhuǎn)子短路全電路合成單元用于 根據(jù)定轉(zhuǎn)子正序電流分量和負(fù)序電流分量確定定轉(zhuǎn)子短路全電流，所述帕克變換單元用于 將定轉(zhuǎn)子短路全電路合成單元的結(jié)果進(jìn)行帕克變換，獲得定轉(zhuǎn)子短路電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的雙饋發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述故障數(shù)據(jù)采集模 塊采集的數(shù)據(jù)包括發(fā)送至雙饋發(fā)電機(jī)正序模型模塊的故障前后機(jī)端正序電壓和機(jī)組狀態(tài) 參數(shù)，以及發(fā)送至雙饋發(fā)電機(jī)負(fù)序模型模塊的故障前后機(jī)端負(fù)序電壓和機(jī)組狀態(tài)參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的雙饋發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述雙饋發(fā)電機(jī)正序 模型模塊計算故障后定子正序磁鏈、機(jī)端正序電壓相位跳變值以及網(wǎng)側(cè)變流器對轉(zhuǎn)子正序 電流的影響值包括： 故障后定子正序磁鏈為
，其中Usl+、Us2+分別 為雙饋發(fā)電機(jī)故障前、后