[发明专利]基于双馈风电机组等值的电力系统非对称短路工频电气量计算方法

权利要求书

1.基于双馈风电机组等值的电力系统非对称短路工频电气量计算方法，其特征在于：步骤如下：

1)首先将电网不对称短路故障时转子侧和电网侧变流器保持稳态控制作用情况下的双馈风电机组按照短路初始和短路稳态两个阶段分别等效为四个线性电路，这四个线性电路分别为短路初始正序等值电路、短路初始负序等值电路、短路稳态正序等值电路和短路稳态负序等值电路，各等值电路端口外特性分别与电网不对称短路初始和稳态的双馈风电机组端口正序、负序输出特性相同；

2)然后利用电力系统对称分量法，按照电网短路初始和短路稳态两个阶段，将电网发生非对称短路下的双馈风电机组的等值电路分别与同步发电机、变压器以及输电线路的等值电路互联形成电力系统非对称短路计算的正、负序等值电路；

3)再根据故障类型确定的故障边界条件形成非对称短路下含双馈风电机组的电力系统复合序网；最后利用基于电网络理论即可求解电力系统任意位置的非对称短路初始和稳态工频电气量；

第1)步双馈风电机组在电网不对称短路下短路初始正序等值电路和短路初始负序等值电路分别由如下方法得到：

(1)双馈风电机组在电网不对称短路下短路初始正序等值电路

在电力系统发生非对称短路故障后很短的时间内，双馈风电机组定子侧输出的正序工频短路电流等于机端正序电压与定子正序暂态电动势的电压差在定子暂态电抗上产生的电流：

${\stackrel{\·}{I}}_{sf+}^{in}=\frac{({\stackrel{\·}{U}}_{sf+}-{\stackrel{\·}{E}}_{st+})}{{\mathrm{jX}}_{st}}---\left(1\right)$

利用电压源与电抗串联的电路作为反映双馈风电机组在电网不对称短路初始阶段正序电气量的等值电路；其中，等值电路的电抗等于双馈风电机组定子暂态电抗；等值电路的电压源等于定子暂态电动势；定子暂态电动势和暂态电抗分别由式(2)和式(3)求得：

${\stackrel{\·}{E}}_{st+}={\stackrel{\·}{U}}_{s\left|0\right|}-{\mathrm{jX}}_{st}{\stackrel{\·}{I}}_{s\left|0\right|}---\left(2\right)$

X_st＝ω_sσL_s (3)

(2)双馈风电机组在电网不对称短路下短路初始负序等值电路

在电力系统故障初始阶段，双馈风电机组定子侧输出的负序工频短路电流等于机端负序电压在定子暂态电抗上产生的电流：

${\stackrel{\·}{I}}_{sf-}^{in}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{sf-}}{{\mathrm{jX}}_{st}}---\left(4\right)$

双馈风电机组在电网不对称短路初始负序等值电路为一个电抗元件；电抗的大小等于双馈风电机组的定子暂态电抗；

第1)步双馈风电机组在电网不对称短路下短路稳态正序等值电路和短路稳态负序等值电路分别由如下方法得到：

(3)双馈风电机组在电网不对称短路下短路稳态正序等值电路

在电力系统发生非对称短路故障且系统未失稳的情况下，双馈风电机组输出的定子正序工频电流等于机端电压与故障后等效空载正序电动势的电压差在定子等效电抗上产生的电流：

${\stackrel{\·}{I}}_{sf+}^{st}=\frac{({\stackrel{\·}{U}}_{sf+}-{\stackrel{\·}{E}}_{sn+})}{{\mathrm{jX}}_s}---\left(5\right)$

利用电压源与电抗串联的电路作为双馈风电机组在电网不对称短路稳态的正序等值电路；其中，等值电路的电抗等于双馈风电机组定子等效电抗；等值电路的电压源等于故障后的等效空载正序电动势；空载正序电动势和定子等效电抗由式(6)和式(7)确定：

${\stackrel{\·}{E}}_{sn+}={\mathrm{j\ω}}_s{L}_m{\stackrel{\·}{I}}_{rf+}^{*}---\left(6\right)$

X_s＝ω_sL_s (7)

(4)双馈风电机组在电网不对称短路下短路稳态负序等值电路

在电力系统发生非对称短路故障后的稳定运行阶段，双馈风电机组定子侧输出的负序工频短路电流等于机端负序电压与定子负序等效电动势的电压差在等效电抗上产生的电流：

${\stackrel{\·}{I}}_{sf-}^{st}=\frac{({\stackrel{\·}{U}}_{sf-}-{\stackrel{\·}{E}}_{se-})}{{\mathrm{jX}}_{se}}---\left(8\right)$

双馈风电机组在电网不对称短路稳态的负序等值电路为电压源与电抗的串联电路；其中，等效电压源与电抗分别由式(9)和式(10)计算：

${\stackrel{\·}{E}}_{se-}=\frac{{\mathrm{jX}}_m{X}_{sy}{\stackrel{\·}{I}}_{rf-}^{*}}{(X_{sx}+X_{sy})}---\left(9\right)$

$X_{se}=\frac{X_{sx}{X}_{sy}}{(X_{sx}+X_{sy})}---\left(10\right)$

式(9)和式(10)中的电抗X_sx、X_sy分别由(11)和式(12)确定：

$X_{sx}=\frac{{\mathrm{jX}}_s{N}_1}{N_2}---\left(11\right)$

$X_{sy}=\frac{{\mathrm{jX}}_s{N}_1}{\[\mathrm{\σ}(N_1-L_s{N}_3)\]}---\left(12\right)$

式中，N₁、N₂和N₃分别为：

$N_1=\frac{k_{ri}}{{\mathrm{\σL}}_r}-j2{\mathrm{\ω}}_s({\mathrm{\τ}}_r+\frac{k_{rp}}{{\mathrm{\σL}}_r})-4{\mathrm{\ω}}_s^2---\left(13\right)$

$N_2=\frac{k_{ri}}{{\mathrm{\σL}}_r}-j2{\mathrm{\ω}}_s\frac{k_{rp}}{{\mathrm{\σL}}_r}---\left(14\right)$

$N_3=\frac{(k_{ri}/{\mathrm{\σL}}_{\mathrm{\σ}}-j2{\mathrm{\ω}}_s{k}_{rp}/{\mathrm{\σL}}_r)}{L_m}-\frac{(2-s)2{\mathrm{\ω}}_s^2{L}_m}{{\mathrm{\σL}}_r{L}_s}---\left(15\right)$

上述公式中各参数的含义是：

电网不对称短路初瞬双馈风电机组的正序工频短路电流；

电网不对称短路初瞬双馈风电机组的负序工频短路电流；

电网不对称短路稳态双馈风电机组的正序工频短路电流；

电网不对称短路稳态双馈风电机组的负序工频短路电流；

电网不对称短路稳态双馈风电机组的转子正序参考电流；

电网不对称短路稳态双馈风电机组的转子负序参考电流；

电网不对称短路后双馈风电机组机端正序电压；

电网不对称短路后双馈风电机组机端负序电压；

电网正常运行时双馈风电机组机端电压；

电网正常运行时双馈风电机组定子电流；

ω_s：电网同步角频率；

τ_r：转子绕组等效时间常数；

L_s：双馈风电机组定子等效电感；

L_m：双馈风电机组激磁电感；

L_r：双馈风电机组转子等效电感；

σ：双馈风电机组漏电系数；

k_rp：双馈风电机组转子侧变流器控制电流内环比例常数；

k_ri：双馈风电机组转子侧变流器控制电流内环积分常数。