一種具有低穿能力的雙饋式風(fēng)電機(jī)定子電流計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)短路計算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有低穿能力的雙饋式風(fēng) 電機(jī)定子電流計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 新能源（含間歇式能源）并網(wǎng)給電力系統(tǒng)運行以及傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)理論方法和技 術(shù)體系帶來挑戰(zhàn)。含新能源的弱互聯(lián)區(qū)域電網(wǎng)中的新能源發(fā)電裝置提供的短路電流可能會 超過系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流，在進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備選擇、校驗和繼電保護(hù)配置、整定時，需考慮 新能源發(fā)電裝置影響。目前現(xiàn)場裝設(shè)在風(fēng)電場送出線路的保護(hù)裝置已經(jīng)出現(xiàn)了多起誤動和 拒動的情況，這一情況表明了基于傳統(tǒng)同步機(jī)分析結(jié)果而設(shè)計的各種保護(hù)裝置不能很好的 適應(yīng)新能源接入的現(xiàn)狀，因此需要對雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)特性進(jìn)行深入的分析。
[0003] -方面，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)選用三相異步繞線式電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，其與傳統(tǒng)同步 發(fā)電機(jī)的工作原理不同；另一方面，由于控制系統(tǒng)的引入以及雙饋機(jī)特有的Crowbar保護(hù) 電路的使用，均使得雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)發(fā)生故障條件下向系統(tǒng)注入的短路電流特征 與傳統(tǒng)同步機(jī)有著顯著的不同。電力系統(tǒng)保護(hù)裝置需要根據(jù)各發(fā)電機(jī)組的短路電壓和電流 的特點，來設(shè)置適當(dāng)?shù)亩ㄖ祷虿捎眠m當(dāng)?shù)脑韥肀ＷC其正確的工作，進(jìn)而使電力系統(tǒng)可以 更好的適應(yīng)新能源裝機(jī)接入容量迅猛增長的現(xiàn)狀，保證其持續(xù)安全穩(wěn)定運行。因此，研宄雙 饋式風(fēng)機(jī)定子電流的計算方法對于現(xiàn)場所用保護(hù)的定值整定工作是有十分重大意義和顯 著效益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有低穿能力的雙饋 式風(fēng)電機(jī)定子電流計算方法，能夠給出雙饋式風(fēng)機(jī)定子端電流的解析解，從而避免之前運 用仿真平臺進(jìn)行大量且緩慢的仿真計算帶來的麻煩，有利于現(xiàn)場保護(hù)整定工作的進(jìn)行。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種具有低穿能力的雙饋式風(fēng)電機(jī)定子電流計算方法，首先由正常運行穩(wěn)態(tài)下雙 饋式風(fēng)電機(jī)的運行工況計算其定轉(zhuǎn)子的磁鏈大??；然后利用故障條件下的序網(wǎng)等值電路計 算定子電流的工頻分量的大?。浑S后利用工頻回路的計算結(jié)果獲得故障穩(wěn)態(tài)條件下雙饋式 風(fēng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子磁鏈值；隨后將正常穩(wěn)態(tài)和故障穩(wěn)態(tài)下定轉(zhuǎn)子磁鏈值帶入轉(zhuǎn)頻電流的受控 源表達(dá)式中，計算出轉(zhuǎn)頻分量；最后，將定子電流的工頻分量、轉(zhuǎn)頻分量和衰減交流分量相 加，得到最后的定子電流解析計算結(jié)果。
[0007] 所述的具有低穿能力的雙饋式風(fēng)電機(jī)定子電流計算方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟一：由雙饋式風(fēng)電機(jī)正常運行的穩(wěn)態(tài)計算其定轉(zhuǎn)子磁鏈，具體實現(xiàn)方法如 下：
[0009] 獲取雙饋式風(fēng)電機(jī)定子機(jī)端在故障發(fā)生前的電壓和電流值的空間矢量， 同時查閱電機(jī)銘牌獲得其定轉(zhuǎn)子繞組電阻&與Rp定轉(zhuǎn)子間等效互感Lm以及定轉(zhuǎn)子間等效 自感1^與1^參數(shù)，計算公式如下：
【主權(quán)項】
1. 一種具有低穿能力的雙饋式風(fēng)電機(jī)定子電流計算方法，其特征在于：首先由正常運 行穩(wěn)態(tài)下雙饋式風(fēng)電機(jī)的運行工況計算其定轉(zhuǎn)子的磁鏈大??；然后利用故障條件下的序網(wǎng) 等值電路計算定子電流的工頻分量的大?。浑S后利用工頻回路的計算結(jié)果獲得故障穩(wěn)態(tài)條 件下雙饋式風(fēng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子磁鏈值；隨后將正常穩(wěn)態(tài)和故障穩(wěn)態(tài)下定轉(zhuǎn)子磁鏈值帶入轉(zhuǎn)頻 電流的受控源表達(dá)式中，計算出轉(zhuǎn)頻分量；最后，將定子電流的工頻分量、轉(zhuǎn)頻分量和衰減 交流分量相加，得到最后的定子電流解析計算結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低穿能力的雙饋式風(fēng)電機(jī)定子電流計算方法，其特征在 于：包括如下步驟： 步驟一：由雙饋式風(fēng)電機(jī)正常運行的穩(wěn)態(tài)計算其定轉(zhuǎn)子磁鏈，具體實現(xiàn)方法如下： 獲取雙饋式風(fēng)電機(jī)定子機(jī)端在故障發(fā)生前的電壓和電流值的空間矢量、/sl，同時 查閱電機(jī)銘牌獲得其定轉(zhuǎn)子繞組電阻&與定轉(zhuǎn)子間等效互感LmW及定轉(zhuǎn)子間等效自感 1^與k參數(shù)，計算公式如下： ?、, = R、L + !沖、-(I) Un =RJr· +PWr-J^rWr (2) =IsZll +Ljrl (η yK? = + LlJsii (4) 式中，么與之分別為定轉(zhuǎn)子磁鏈的空間矢量，P為微分算子，W1為同步轉(zhuǎn)子角頻率， 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速角頻率，L 3與k分別為定子與轉(zhuǎn)子的等效自感，L _"為定轉(zhuǎn)子間等效互感，A 與A分別為定子與轉(zhuǎn)子機(jī)端電壓的空間矢量，下標(biāo)〇表不其在〇時刻的初值； 對應(yīng)于穩(wěn)態(tài)情況下的么與之分別在定子和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下為一常數(shù)，因此式（1)、 (2)中的帶有微分算子ρ的項為0,此時式（1)、（2)、（3)和（4)中已知量有電機(jī)參數(shù)Lm、Ls、 L、艮和L以及定子電壓電流初始值[^和/sl ; 通過聯(lián)立式（1)、（2)、（3)和（4)可得到故障前穩(wěn)態(tài)條件下的定轉(zhuǎn)子磁鏈穴,和么β ; 步驟二：利用故障條件下的序網(wǎng)等值電路計算定子電流的工頻分量的大小，具體計算 方法如下： 利用現(xiàn)有的短路電流計算方法，將撬棒投入后的雙饋式風(fēng)電機(jī)用異步電機(jī)阻抗公式表 示，計算出故障穩(wěn)態(tài)時工頻定轉(zhuǎn)子電流：定子電流正序分量（,.、定子電流負(fù)序分量、轉(zhuǎn) 子電流正序分量、轉(zhuǎn)子電流負(fù)序分量 步驟三：利用工頻回路的計算結(jié)果獲得故障穩(wěn)態(tài)條件下雙饋式機(jī)組的定轉(zhuǎn)子磁鏈值， 具體方法如下： 將步驟二計算得出的故障穩(wěn)態(tài)情況下定子電流正序分量廠、定子電流負(fù)序分量、 轉(zhuǎn)子電流正序分量七和轉(zhuǎn)子電流負(fù)序分量帶入式（3)和式（4)中，得出故障穩(wěn)態(tài)情 況下的定轉(zhuǎn)子磁鏈：定子磁鏈正序分量V>iSl、定子磁鏈負(fù)序分量么s2、轉(zhuǎn)子磁鏈正序分量 WraI、轉(zhuǎn)子磁鏈負(fù)序分量； 步驟四：將正常穩(wěn)態(tài)和故障穩(wěn)態(tài)下定轉(zhuǎn)子磁鏈值帶入轉(zhuǎn)頻電流的受控源表達(dá)式中，計 算出轉(zhuǎn)頻分量，具體方法如下： 將式⑶與⑷聯(lián)立，得：
式中，4'= A ，（為定子電流的轉(zhuǎn)頻分量，（為轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)頻分 1^r l^s 量； 將式（5)帶入式（1)、⑵中，得：
(6) 設(shè)式（6)中系數(shù)矩陣的特征值*λρλ2，對應(yīng)的特征向量為亡1，H= / ;求解式 V J V J (6)微分方程組，可得定子短路電流表達(dá)式為：
式中t是定子短路電流中的轉(zhuǎn)頻分量初值，尤Α是定子短路電流中的衰減直流分量初 值；系數(shù)ds、4、。3和q由式（10)來求；
式中，#Ml為故障穩(wěn)態(tài)時定子磁鏈的正序分量，ViW1為故障穩(wěn)態(tài)時定子磁鏈的負(fù)序分 量，#ral為故障穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)子磁鏈的正序分量，為故障穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)子磁鏈的負(fù)序分量，與 V>"無實際意義為求解中的過程量，！^與^^分別為式（6)微分方程兩個單位特征向量的第 一個值； 步驟五：根據(jù)步驟二所得工頻定子電流及步驟四所得轉(zhuǎn)頻分量求得撬棒投入期間定子 電流尤，具體方法如下： K+LMf+Le-V (11) 式中，^與τ 別為雙饋式風(fēng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子衰減時間常數(shù)，是電機(jī)參數(shù)。
【專利摘要】一種具有低穿能力的雙饋式風(fēng)電機(jī)定子電流計算方法，首先由正常運行穩(wěn)態(tài)下雙饋式風(fēng)電機(jī)的運行工況計算其定轉(zhuǎn)子的磁鏈大??；然后利用故障條件下的序網(wǎng)等值電路計算定子電流的工頻分量的大小；隨后利用工頻回路的計算結(jié)果獲得故障穩(wěn)態(tài)條件下雙饋式風(fēng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子磁鏈值；隨后將正常穩(wěn)態(tài)和故障穩(wěn)態(tài)下定轉(zhuǎn)子磁鏈值帶入轉(zhuǎn)頻電流的受控源表達(dá)式中，計算出轉(zhuǎn)頻分量；最后，將定子電流的工頻分量、轉(zhuǎn)頻分量和衰減交流分量相加，得到最后的定子電流解析計算結(jié)果；本發(fā)明能夠給出雙饋式風(fēng)機(jī)定子端電流的解析解，從而避免之前運用仿真平臺進(jìn)行大量且緩慢的仿真計算帶來的麻煩，有利于現(xiàn)場保護(hù)整定工作的進(jìn)行。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104734596
【申請?zhí)枴緾N201510119674
【發(fā)明人】郝治國, 王小立, 張金華, 陳琳浩, 溫靖華, 羅美玲, 張保會
【申請人】西安交通大學(xué), 國網(wǎng)寧夏電力公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月18日