[发明专利]含双馈风电机组的电力系统短路工频电气量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统短路计算，具体指一种含双馈风电机组的电力系统短路工频电气量计算方法，属于电力系统分析技术领域。

背景技术

上世纪70年代先后爆发的两次石油危机，引发了人们对未来化石能源短缺的忧虑，推进风力发电的发展已成为世界各国能源发展战略的重要组成部分。双馈风力发电机组是风力发电的主力装备，占风电并网容量的比例超过50%。双馈风电机组定子直接与电网相连，转子绕组通过2个背靠背变流器与电网相连，本质上是一种与传统同步发电机异构的电源形态。随着双馈风电机组的规模化应用，电力系统的结构形态和运行特征正发生深刻变革。

对故障状态的准确分析计算，是实施电力系统故障保护与安全控制的必要前提。通常通过电网络理论对给定电网进行定量计算以获取指定地点的继电保护整定值和电气设备选型所需的短路容量等电气参量。当电力系统母线节点上接有双馈风电机组时，由于同步发电机等值模型无法应用于双馈风电机组，因此并不能像传统同步机系统那样建立相应的系统简化电路模型来对故障电气量进行求解。在我国双馈型风电以大容量多点方式大规模接入电网的背景下，双馈风电机组故障计算等值模型欠缺所造成的电力系统规划和设备选型困难，继电保护配置整定困难等一系列安全问题日益突出。

根据风电机组低电压穿越技术的要求，电网电压非深度跌落情况下，双馈风电机组转子侧变流器保持与转子绕组连接，通过提高机组的运行性能，改善电网电压，保证系统稳定性。此时转子侧变流器根据电网运行工况及特定控制方式调整转子交流激磁电压，转子侧变流器励磁控制与发电机电磁暂态过程相互耦合，由此形成一个多变量闭环动态系统，其暂态过程十分复杂。目前，关于双馈风电机组故障暂态的分析已有较多研究，但研究的重点集中于发电机电磁暂态特性方面。少量研究提及了双馈风电机组的故障参量计算问题，但也只是重点关注于某一故障电气量的计算，而且主要以转子保护动作后的双馈风电机组为研究对象，其实质是常规感应发电机的故障分析问题，不仅无法反映远区或近端非严重故障等情况下双馈风电机组的暂态特性，也无法反映故障发生瞬间机组的暂态输出。如何在发电机组本身电磁暂态过程简化等值的同时计及变流器励磁控制与机组的相互作用，以对含双馈风电机组的大规模电力系统故障计算和故障分析，目前尚未形成可行的解决方案。

发明内容

针对现有含双馈风电机组的大规模复杂电力系统短路计算存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种含双馈风电机组的电力系统短路工频电气量计算方法，本方法能够计及双馈风电机组的电磁暂态过程以及变流器励磁控制的影响，可在关键故障时间点由等值电路表达，并可与传统交流电网等值电路模型互联，从而利用电网络方法计算电力系统故障初始和故障稳态电气量。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

含双馈风电机组的电力系统短路工频电气量计算方法，首先将电网故障时的双馈风电机组进行电路简化得到双馈风电机组等值电路，然后将双馈风电机组等值电路代入电力系统，最后基于电网络理论的矩阵运行来求解电力系统各短路工频电气量；其中双馈风电机组等值电路按电力系统短路初始和电力系统短路稳态两种情形分别由如下方法得到：

（1）电力系统短路初始时的双馈风电机组等值电路

在电力系统短路初始时，双馈风电机组输出的工频短路电流等于机端电压与定子暂态电动势的电压差在定子暂态电抗上产生的电流：