[发明专利]一种具有低穿能力的双馈式风电机定子电流计算方法

权利要求书

1.一种具有低穿能力的双馈式风电机定子电流计算方法，首先由正常运行稳态下双馈式风电机的运行工况计算其定转子的磁链大小；然后利用故障条件下的序网等值电路计算定子电流的工频分量的大小；随后利用工频回路的计算结果获得故障稳态条件下双馈式风电机的定转子磁链值；随后将正常稳态和故障稳态下定转子磁链值带入转频电流的受控源表达式中，计算出转频分量；最后，将定子电流的工频分量、转频分量和衰减交流分量相加，得到最后的定子电流解析计算结果；其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：由双馈式风电机正常运行的稳态计算其定转子磁链，具体实现方法如下：

获取双馈式风电机定子机端在故障发生前的电压和电流值的空间矢量同时查阅电机铭牌获得其定转子绕组电阻R_s与R_r、定转子间等效互感L_m以及定转子间等效自感L_s与L_r参数，计算公式如下：

${\stackrel{\·}{U}}_{s0}=R_s{\stackrel{\·}{I}}_{s0}+p{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_s-{\mathrm{j\ω}}_1{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_s---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_{r0}=R_r{\stackrel{\·}{I}}_{r0}+p{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r-{\mathrm{j\ω}}_r{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{s0}=L_s{\stackrel{\·}{I}}_{s0}+L_m{\stackrel{\·}{I}}_{r0}---\left(3\right)$

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{r0}=L_r{\stackrel{\·}{I}}_{r0}+L_m{\stackrel{\·}{I}}_{s0}---\left(4\right)$

式中，与分别为定转子磁链的空间矢量，p为微分算子，ω₁为同步转子角频率，ω_r为转子转速角频率，L_s与L_r分别为定子与转子的等效自感，L_m为定转子间等效互感，与分别为定子与转子机端电压的空间矢量，下标0表示其在0时刻的初值；

对应于稳态情况下的与分别在定子和转子旋转坐标系下为一常数，因此式(1)、(2)中的带有微分算子p的项为0，此时式(1)、(2)、(3)和(4)中已知量有电机参数L_m、L_s、L_r、R_s和R_r以及定子电压电流初始值和

通过联立式(1)、(2)、(3)和(4)可得到故障前稳态条件下的定转子磁链和

步骤二：利用故障条件下的序网等值电路计算定子电流的工频分量的大小，具体计算方法如下：

利用现有的短路电流计算方法，将撬棒投入后的双馈式风电机用异步电机阻抗公式表示，计算出故障稳态时工频定转子电流：定子电流正序分量定子电流负序分量转子电流正序分量转子电流负序分量

步骤三：利用工频回路的计算结果获得故障稳态条件下双馈式机组的定转子磁链值，具体方法如下：

将步骤二计算得出的故障稳态情况下定子电流正序分量定子电流负序分量转子电流正序分量和转子电流负序分量带入式(3)和式(4)中，得出故障稳态情况下的定转子磁链：定子磁链正序分量定子磁链负序分量转子磁链正序分量转子磁链负序分量

步骤四：将正常稳态和故障稳态下定转子磁链值带入转频电流的受控源表达式中，计算出转频分量，具体方法如下：

将式(3)与(4)联立，得：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_s=\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_s}{L_s^{\′}}-\frac{L_m{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r}{L_r{L}_s^{\′}}\\ {\stackrel{\·}{I}}_r=\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r}{L_r^{\′}}-\frac{L_m{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_s}{L_s{L}_r^{\′}}\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中，为定子短路电流，为转子电流的转频分量；

将式(5)带入式(1)、(2)中，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_s\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-\frac{R_s}{L_s^{\′}}& \frac{R_s{L}_m}{L_s^{\′}{L}_r}\\ \frac{R_r{L}_m}{L_r^{\′}{L}_s}& -\frac{R_r}{L_r^{\′}}+{\mathrm{j\ω}}_r\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_s\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_s\\ {\stackrel{\·}{U}}_r\end{array}\right]---\left(6\right)$

设式(6)中系数矩阵的特征值为λ₁、λ₂，对应的特征向量为求解式(6)微分方程组，可得定子短路电流表达式为：

${\stackrel{\·}{I}}_s={\stackrel{\·}{I}}_{sde}{e}^{{\mathrm{\λ}}_{1}t}+{\stackrel{\·}{I}}_{st}{e}^{{\mathrm{\λ}}_{2}t}+{\stackrel{\·}{I}}_{ss1}{e}^{{\mathrm{j\ω}}_{1}t}+{\stackrel{\·}{I}}_{ss2}{e}^{-{\mathrm{j\ω}}_{1}t}---\left(7\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{st}=\frac{1}{L_s}(d_s{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{s0}-\frac{L_m}{L_r}{d}_r{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{r0})---\left(8\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{sdc}=\frac{1}{L_s^{\′}}(c_s{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{s0}-\frac{L_m}{L_r}{c}_r{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{r0})---\left(9\right)$

式中，是定子短路电流，是定子短路电流中的转频分量初值，是定子短路电流中的衰减直流分量初值；系数d_s、d_r、c_s和c_r由式(10)来求；

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{si}={\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{s0}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{ss1}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{ss2}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{ri}={\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{r0}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{rs1}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{rs2}\\ d_s=\frac{r_2(r_1{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{ri}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{si})}{(r_1-r_2){\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{s0}}\\ d_r=\frac{r_1{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{ri}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{si}}{(r_1-r_2){\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{r0}}\\ c_s=\frac{r_1({\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{si}-r_2{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{ri})}{(r_1-r_2){\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{s0}}\\ c_r=\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{si}-r_2{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{ri}}{(r_1-r_2){\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{r0}}\end{array}\right.---\left(10\right)$

式中，为故障稳态时定子磁链的正序分量，为故障稳态时定子磁链的负序分量，为故障稳态时转子磁链的正序分量，为故障稳态时转子磁链的负序分量，与无实际意义为求解中的过程量，r₁与r₂分别为式(6)微分方程两个单位特征向量的第一个值；

步骤五：根据步骤二所得工频定子电流及步骤四所得转频分量求得定子短路电流具体方法如下：

${\stackrel{\·}{I}}_s={\stackrel{\·}{I}}_{ss1}+{\stackrel{\·}{I}}_{ss2}+{\stackrel{\·}{I}}_{st}{e}^{-{\mathrm{\τ}}_{r}t}+{\stackrel{\·}{I}}_{sdc}{e}^{-{\mathrm{\τ}}_{s}t}---\left(11\right)$

式中，τ_s与τ_r分别为双馈式风机定子和转子衰减时间常数，是电机参数。