[发明专利]低电压穿越下双馈风力发电系统短路电流计算方法

摘要

本发明公开了一种低电压穿越下双馈风力发电系统短路电流计算方法，将双馈风电机组的故障过程分为低电压穿越控制启动前和启动后两个过程，通过建立两个过程的双馈风电机组故障计算等值模型，利用电网络方法计算含双馈风电机组的电力系统任意位置的工频短路电流和双馈风电机组输出短路全电流。本方法考虑了新的低电压穿越要求下故障初始电压与双馈风电机组低电压穿越指令值的关系，并能够计及双馈风电机组输出无功功率改变电网暂态电压对输出短路电流的影响，可以计算电力系统任意位置的工频短路电流和双馈风电机组输出的短路全电流，满足电力系统保护整定和设备选型的需求。

主权项

1.低电压穿越下双馈风力发电系统短路电流计算方法，其特征在于：将双馈风电机组的故障过程分为低电压穿越控制启动前和启动后两个过程，通过建立两个过程的双馈风电机组故障计算等值模型，利用电网络方法计算含双馈风电机组的电力系统任意位置的工频短路电流和双馈风电机组输出短路全电流；具体计算步骤包括：1)根据双馈风电机组参数和故障前机组的运行状态，计算故障前双馈风电机组的有功功率指令值和无功功率指令值，建立低穿启动前的双馈风电机组故障工频等值模型；2)将低穿启动前的双馈风电机组故障工频等值模型与电网故障等效电路相连形成低穿启动前的含双馈风电机组的电力系统故障工频等效电路，通过电路求解获得低穿启动前的双馈风电机组机端故障电压us′；3)根据双馈风电机组低电压穿越的要求和低穿启动前的双馈风电机组机端故障电压us′确定发电机定子电流的低电压穿越目标值，然后计算低电压穿越下转子电流的控制指令值i″rf*；4)利用低电压穿越下转子电流的控制指令值i″rf*，计算低穿启动后的双馈风电机组定子感应电动势E″sf，建立低穿启动后的双馈风电机组故障工频等值模型；5)将低穿启动后的双馈风电机组故障工频等值模型与电网故障等效电路相连形成低穿启动后的含双馈风电机组的电力系统故障工频等效电路，通过电路求解计算含双馈风电机组的电力系统任意位置的工频短路电流；6)通过求解低穿启动后的含双馈风电机组的电力系统故障工频等效电路计算低穿启动后的双馈风电机组机端电压us″，利用低穿启动后的双馈风电机组短路电流表达式计算双馈风电机组短路全电流；步骤4)中，低穿启动后的双馈风电机组故障工频等值模型是电压源与定子等效电抗串联的电路，电压源等于定子感应电动势E″sf，其值由式(1)确定：E″sf＝jωsLmi″rf*   (1)其中ωs为电网同步角速度；Lm为双馈风电机组激磁电感；低电压穿越下转子电流的控制指令值i″rf*的d、q轴分量由式(2)获得：其中Usm为双馈风电机组机端电压幅值；Ls为双馈风电机组定子等效电感；IN为双馈风电机组额度电流；Ir,max为双馈风电机组转子最大允许运行电流；步骤6)中低穿启动后的双馈风电机组短路电流表达式考虑转子电流控制指令值的切换，双馈风电机组短路电流包括工频分量、直流分量和一个频率由发电机和控制器参数决定的自由分量，具体为：u″sf为低穿启动后的机端故障电压；i′r0为低穿启动瞬间的转子电流初值；Δus″为双馈风电机组的机端电压变化量；系数Gu由式(6)确定：Δus″由短路前电压us0和低穿启动后的故障电压u″sf按式(7)确定：tch为双馈风电机组低电压穿越的启动时间；系数τsn、τrp、τi以及r1、r2分别由式(8)和式(9)确定：其中τs为双馈风电机组定子绕组时间常数；τr为双馈风电机组转子绕组时间常数；σ为双馈风电机组漏电系数；kpi为双馈风电机组转子侧变流器内环比例系数；Lr为双馈风电机组转子等效电感；kii为双馈风电机组转子侧变流器内环积分系数；Rr为双馈风电机组转子电阻；低穿启动瞬间的转子电流初值ir′0由式(10)获得：其中，u′sf为低穿启动前的机端故障电压；Ps0*为电网短路前的双馈风电机组有功功率指令值；Qs0*为电网短路前的双馈风电机组无功功率指令值；ir0为电网短路前的双馈风电机组转子电流矢量；系数Gw1由式(11)获得：其中s为双馈风电机组转差；Δus′由短路前电压us0和低穿启动前的故障电压u′sf按式(12)确定：其中，t0为故障发生的时间。