[发明专利]应用于热效应的双馈感应发电机三相短路电流计算方法

说明书

本发明公开了一种应用于热效应的双馈感应发电机三相短路电流计算方法，包括：建立双馈感应发电机暂态模型，计算故障前定子和转子磁链初值；推导故障后转子磁链稳态分量；计算故障后定子暂态磁链和转子暂态磁链；计算故障后定子短路电流；推导基于短路电流的热效应公式；简化热效应公式，通过数学方法将热效应公式中各分量表达出来并分析一定时间内热效应各分量模值；得到改进后的短路电流公式。本发明适用于短路电流的热效应计算，并适用于双馈感应发电机定子电压未跌落至定值的情况，从而为双馈感应发电机相关的电气设备选型以及保护配置的进一步研究奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种应用于热效应的双馈感应发电机三相短路电流计算方法，属于风电场电气设备安全运行分析领域。

背景技术

近年来，随着风电装机容量在电网中所占比例的增加，风电的发展得到了快速的发展，双馈感应发电机的许多优越特性，使其在风力发电中得到广泛的应用。然而风力发电快速发展的同时也遇到了各种安全问题的挑战，电网发生三相短路后，电流大大增加，电流通过导体时电能转化为热能，短路电流通过断路器等电气设备时，电气设备各部件的温度(或发热效应)应不超过允许值，因此电流的热效应影响着电气设备的安全运行。

现有的双馈感应发电机短路电流公式是基于如图2所示的电路，通过双馈感应发电机电磁暂态方程求导得到的精确解过于复杂，不适合用于计算短路电流的热效应，而双馈感应发电机短路电流的实用计算基于三相短路定子侧直接发生三相短路的前提，并不通用于定子电压跌落至定值的情况，因此现有的双馈感应发电机短路电流公式并不适用短路电流热效应的相关研究，考虑在定子电压跌落为定值时，如何简化双馈感应发电机短路电流公式以用于相关设备的热稳定校验成为难点。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种应用于热效应的双馈感应发电机三相短路电流计算方法，以期能适用于短路电流的热效应计算，并适用于双馈感应发电机定子电压跌落至定值的情况，从而为双馈感应发电机相关的电气设备选型以及保护配置的进一步研究奠定基础。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种应用于热效应的双馈感应发电机三相短路电流计算方法的特点是包括以下步骤：

步骤一，根据双馈感应发电机暂态模型和双馈感应发电机电磁暂态方程，利用式(1)得到所述双馈感应发电机三相短路前的定子磁链初值ψ_s0，并利用式(2)得到故障瞬间转子磁链初值ψ_r0：

式(1)中，U_s0为短路前定子电压初值幅值，ω_s为同步角速度；

式(2)中，L_r为转子电感，L_m为激磁电感，R_s为定子电阻，L_s′为定子暂态电感，并有L_s为定子电感，I_s0为短路前定子电流初值；

步骤二，根据所述双馈感应发电机电磁暂态方程，利用式(3)计算故障后转子磁链稳态分量ψ_rf：

式(3)中，ω_p为转差角速度，R_r′为等效转子电阻，并有R_r′＝R_cb+R_r，R_r为转子电阻，R_cb为发生三相短路故障后双馈感应发电机转子侧投入的撬棒电阻，T_r′为转子暂态时间常数，并有T_r′＝L_r′/R_r′，L_r′'为转子暂态电感，并有K为定子电压跌落系数，U_sf为所述双馈感应发电机故障后电压瞬时跌落值；