[发明专利]一种双馈风电机组撬棒阻值整定方法

权利要求书

1.一种双馈风电机组撬棒阻值整定方法，其特征在于，从DFIG风力发电系统在电压跌落下的暂态数学模型出发，运用空间矢量分析的方法和拉普拉斯变换，推导出风电机组在电压跌落下的暂态电流时域表达式，进而得到Crowbar阻值的合适值；

具体包括以下步骤：

S1.推导出DFIG系统定子电压在电压跌落情况下的暂态数学表达式；

S2.运用普拉斯变换方法，得到定子电流的空间矢量的时域表达式：

α为定子直流分量部分的衰减系数；为短路时的相位角大小；i_s为定子电流矢量；ω_r为转子角速度，A为电压跌落幅值，且0<A<1；

S3.根据定子电压、电流方程的关系，经旋转坐标变换后可得转子侧故障电流的时域表达式为：

S4.得到Crowbar阻值的合适值。

2.根据权利要求1所述的撬棒阻值整定方法，其特征在于，步骤S1所述暂态数学表达式具体算法如下：

设定子短路电流的空间矢量为：

i_s＝i_s0+i_s1(1)

式中，i_s0为定子电压在低电压故障跌落前定子稳态电流的空间矢量；i_s1为在定子端突然施加的反向三相电压所产生的定子电流空间矢量。

在转子同步旋转MT坐标系中，定子电压跌落前的电流矢量为：

式中，X_s为定子电抗，R_s为定子电阻，ω₁为定子同步旋转角速度；ω_s为转差频率角速度。

在转子坐标系中，设定、转子的磁链初始值为0时，运用拉普拉斯变换，可得定子电压方程的s域表达式为：

AU_s1'＝[R_s+(s+jω₁)L_s(s)]I_s1'(3)

式中，A为电压跌落的程度，0<A<1，表征电压跌落的大小，L_s(s)为在转子坐标系中定子侧的运算电感，其中L_s(s)＝L_s(1+sT_r')/(1+sT_r)。

3.根据权利要求1所述的撬棒阻值整定方法，其特征在于，步骤S2所述的定子电流的空间矢量的时域表达式具体算法如下：

由定子电压方程的s域表达式可得定子电流为：

式中，α≈R_s/L_s'；

将式(4)展开成部分分式形式并取其拉普拉斯反变换，可得i_s1’，并考虑ω_r＞＞α，(s-jω_s)(α+s+jω₁)≈s(α+s+jω_r)可得，

在DFIG空载或带轻微负载的情况下，假定ω_r≈ω₁，则可得到i_s'，并经旋转变换可得定子坐标系中定子电流的空间矢量的时域表达式为：

4.根据权利要求3所述的撬棒阻值整定方法，其特征在于，所述定子电流包括三部分：是定子电流的稳态分量，它的大小由电压跌落的程度A决定；是暂态故障电流的直流分量，其幅值取决于短路时的相位角大小此分量以定子时间常数T_a呈不断衰减的趋势，其中T_a＝1/α；是交流分量，占暂态电流中的绝大部分，以瞬态时间常数T_r'呈衰减变化。

5.根据权利要求1所述的撬棒阻值整定方法，其特征在于，步骤S4所述的阻值整定方法具体如下：

根据定、转子的电压、电流方程之间的关系，并综合考虑式(6)经旋转坐标变换可得转子侧故障电流的时域表达式为：

(1)在投入撬棒保护电路后，转子侧故障电流的最大值应小于转子电流的安全值I_fm，I_fm取1.5pu，于是有：

据此可计算出r_c的最小值，式中U_s为定子电压，其中X_L＝ω₁L_s，ω₁为定子同步旋转角速度，L_s为在转子坐标系中定子侧的运算电感，R_r为转子侧等效电阻，K_I为转子电流安全系数，其中K_I＝0.9～1.2，当电压跌落发生在机端时，K_I取较大值1.2；当电压跌落发生在用户侧时K_I取0.9；

(2)为了避免在投入撬棒保护电路后，直流母线上出现过电压，则在投入撬棒电路后，应满足在其上的压降应小于阀值电压U_dcm：

由此可得r_c在整定范围内的最大值，式中K_U为母线电压安全系数，其中K_U＝0.95～1.3，当电压跌落发生在机端时，K_U取较大值1.3；当电压跌落发生在用户侧时K_U取0.95；

(3)由以上两式即可得到的r_c取值范围为：