双馈发电机仿真系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统技术领域，尤其设及到电力系统继电保护设备和方法。
【背景技术】
[0002] 双馈风力发电机（doubl}f-fedinductiongenerator,DFIG)实质上是一种绕线式 转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故被称为双馈发电机。DFIG的定子电压由电网 提供，转子电压由变流器提供。DFIG系统允许在限定的大范围内变速运行。通过注入变流 器的转子电流，变流器对机械频率和电频率之差进行补偿。在正常运行和故障期间，DFIG的 运转状态由变流器及其控制器管理。
[0003] 电网发生不对称故障将引起DFIG机端电压跌落、相位跳变、转子过电流和直流母 线过电压等一系列暂态过程，同时电网中负序分量的存在也将严重威胁DFIG的故障穿越 能力W及电力电子变流器的安全运行。因此，如何精确描述DFIG的不对称短路暂态特性已 成为亟待解决的关键问题。
[0004]DFIG的转子与定子电流在电网故障时的暂态过程尤为复杂，不仅与DFIG定子磁 链的暂态变化相关，而且与其控制方式、外部电网运行工况W及故障情况等诸多因素相关。 目前，对不对称故障下的DFIG进行明确分析的现有技术相对较少，主要采用数学解析和理 论分析相结合的方法。在DFIG暂态特性的分析初期，主要针对几种典型的不对称故障情况 仿真模拟其磁链的暂态变化过程，但DFIG暂态过程W及作用机理未能在仿真系统中体现。 针对该问题，根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应，采用 绘制电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图的方法来直观描述电机故障动态响应过程，但没 有定量分析DFIG定转子短路电流。在后续仿真系统实现方法中发现DFIG中正序、负序和零 序分量相互之间独立存在，可通过计算定子磁链的正负序分量，得到转子保护接入后DFIG 的定转子短路电流表达式。然而变流器控制对短路电流暂态特性的影响在计算过程中被忽 略，导致暂态过程描述不够准确。针对该问题，已有现有技术考虑了转子侧变流器控制与定 子磁链的暂态变化，在此基础上推导转子短路电流表达式，但忽略了故障时DFIG机端电压 相位跳变、网侧变流器控制、直流母线电压波动等因素对转子电流的影响。
【发明内容】
[0005] 有鉴于现有技术中对于DFIG在故障过程中的仿真方法忽略变流器控制对短路电 流暂态特性的影响、故障时DFIG机端电压相位跳变、网侧变流器控制、直流母线电压波动 等因素，本发明提出了一种双馈发电机仿真系统及方法。首先建立考虑DFIG网侧变流器控 审IJ、机端电压相位跳变的正序和负序故障暂态模型，在此基础上，得到了在电网不对称故障 下的DFIG正序和转子负序电流和定子电流的瞬时表达式。本发明考虑机端电压相位跳变、 网侧变流器控制、直流母线电压波动等因素，精确描述DFIG的不对称短路暂态特性，仿真 系统可体现在不同时刻发生不对称性电压故障时短路电流随时间的变化规律。
[0006] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案如下：
[0007] -种双馈发电机仿真系统包括；故障数据采集模块、双馈发电机正序模型模块、定 转子正序电流分量计算模块、双馈发电机负序模型模块、定转子负序电流分量计算模块、故 障电流输出模块；
[0008] 所述的故障数据采集模块连接至双馈发电机正序模型模块和双馈发电机负序模 型模块，用于采集故障前后机端正序电压、负序电压和机组状态参数，并发送至双馈发电机 正序模型模块和双馈发电机负序模型模块；
[0009] 所述的双馈发电机正序模型模块连接至定转子正序电流分量计算模块，用于计算 故障后定子正序磁链、机端正序电压相位跳变值W及网侧变流器对转子正序电流的影响 值；
[0010] 所述的双馈发电机负序模型模块连接至定转子负序电流分量计算模块，用于计算 定子负序磁链；
[0011] 所述的定转子正序电流分量计算模块和定转子负序电流分量计算模块还连接至 故障电流输出模块，分别用于计算定转子正序电流分量和负序电流分量；
[0012] 所述的故障电流输出模块用于根据定转子正序电流分量和负序电流分量计算并 输出定转子短路电流。
[0013] 所述故障电流输出模块包括定转子短路全电路合成单元和帕克变换单元，其中定 转子短路全电路合成单元用于根据定转子正序电流分量和负序电流分量确定定转子短路 全电流，所述帕克变换单元用于将定转子短路全电路合成单元的结果进行帕克变换，获得 定转子短路电流。
[0014] 所述故障数据采集模块采集的数据包括发送至双馈发电机正序模型模块的故障 前后机端正序电压和机组状态参数，W及发送至双馈发电机负序模型模块的故障前后机端 负序电压和机组状态参数。
[0015] 所述的双馈发电机正序模型模块计算故障后定子正序磁链、机端正序电压相位跳 变值W及网侧变流器对转子正序电流的影响值包括：
[0016] 故障后定子正序磁链为：
【主权项】
1. 一种双馈发电机仿真系统，所述系统包括：故障数据采集模块、双馈发电机正序模 型模块、定转子正序电流分量计算模块、双馈发电机负序模型模块、定转子负序电流分量计 算模块、故障电流输出模块； 其中故障数据采集模块连接至双馈发电机正序模型模块和双馈发电机负序模型模块， 用于采集故障前后机端正序电压、负序电压和机组状态参数，并发送至双馈发电机正序模 型模块和双馈发电机负序模型模块； 双馈发电机正序模型模块连接至定转子正序电流分量计算模块，用于计算故障后定子 正序磁链、机端正序电压相位跳变值以及网侧变流器对转子正序电流的影响值； 双馈发电机负序模型模块连接至定转子负序电流分量计算模块，用于计算定子负序磁 链； 定转子正序电流分量计算模块和定转子负序电流分量计算模块还连接至故障电流输 出模块，分别用于计算定转子正序电流分量和负序电流分量； 故障电流输出模块用于根据定转子正序电流分量和负序电流分量计算并输出定转子 短路电流。
2. 根据权利要求1中所述的双馈发电机仿真系统，其特征在于，所述故障电流输出模 块包括定转子短路全电路合成单元和帕克变换单元，其中定转子短路全电路合成单元用于 根据定转子正序电流分量和负序电流分量确定定转子短路全电流，所述帕克变换单元用于 将定转子短路全电路合成单元的结果进行帕克变换，获得定转子短路电流。
3. 根据权利要求1中所述的双馈发电机仿真系统，其特征在于，所述故障数据采集模 块采集的数据包括发送至双馈发电机正序模型模块的故障前后机端正序电压和机组状态 参数，以及发送至双馈发电机负序模型模块的故障前后机端负序电压和机组状态参数。
4. 根据权利要求1中所述的双馈发电机仿真系统，其特征在于，所述双馈发电机正序 模型模块计算故障后定子正序磁链、机端正序电压相位跳变值以及网侧变流器对转子正序 电流的影响值包括： 故障后定子正序磁链为
，其中Usl+、Us2+分别 为双馈发电机故障前、后