专利名称：机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法
技术领域：
本发明涉及风力发电系统技术领域，尤其涉及一种机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法。
背景技术：
当风电场大规模的接入系统后，变压器，线路阻波器，断路器等电气设备的动、热稳定性校验主要依靠系统的短路电流计算，其中一个重要问题是需要了解风电场在故障过程中的短路电流特性，包括最大冲击电流的幅值，故障稳态周期分量的幅值，暂态分量衰减时间常数等。然而风电机组的运行控制特性与同步发电机有较大差别，在电力系统故障计算的等值网络中如何表述风电机组成为系统故障计算面临的最大问题。目前，国内外对双馈发电机的运行基本原理、励磁电源、控制策略以及谐波分析等已进行过大量研究。但是，关于机端发生对称性电压跌落时双馈风力发电机阻抗电压源模型的研究不多。目前研究短路电 流解析式的方法主要有频域计算分析法和物理过程分析法。Vicatos M.S 等(Vicatos M.S，Tegopuios J A.Transient state analysis ofa doubly-fed induction generator under three phase short circuit[J].1EEETransactions on Energy Conversion, 1991，6 (I):62-75)米用频域解析的方法给出了三相短路故障下双馈电机定、转子电流的详细解析表达式，但其中各频率分量幅值和初相位的计算方法太过繁琐和复杂，不适用于工程实际，且由于该方法求解过程的复杂性，其对于分析不同程度电压跌落故障引起的短路电流有一定的局限性。石一辉等(石一辉，鲁宗相，闵勇等.双馈感应发电机三相短路电流解析计算模型[J].电力系统自动化，2011，35(8):38-43)采用物理过程分析法给出了故障电流近似计算模型，但其对于转子电压引起的短路电流的求解过于复杂且物理意义不够清晰，其对于分析不同程度电压跌落故障引起的短路电流也存在局限性。在实际电力系统继电保护整定计算时，更希望得到一种具有工程意义的等效电压源模型。但是关于风电机组简化等值问题的关注还较少，尚无可行的适用于电力系统故障计算的风电机组等值模型。因此，急需提出了一种双馈感应发电机阻抗电压源模型的设计方法，复现不同时刻发生短路后短路电流随时间的变化规律。这有利于接有分布式风电机组的电网保护配置及整定的进一步研究，并实现最优配置。
发明内容
针对背景技术中提到的频域计算分析法和物理过程分析法在分析不同程度电压跌落故障引起的短路电流时存在局限性的问题，本发明提出了一种机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法。一种机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤:步骤1:根据双馈感应发电机在同步旋转dq轴上的动态等效电路,写出双馈感应发电机组以矩阵形式表示的电压方程；步骤2:测量短路后机端电压的幅值，并计算机端电压幅值的跌落系数a，并对短路后的电压方程进行拉普拉斯变换，得到短路后双馈感应发电机组在频域下的电压方程；步骤3:依据物理过程分析法，将短路后频域下的电压方程左侧的矩阵设计成两个磁链引起的零输入响应和两个电压引起的零状态响应；步骤4:根据短路后双馈感应发电机组在频域下的电压方程，分别计算两个零输入和两个零状态响应引起的短路电流解析表达式，最终得到了全电流解析表达式；步骤5:通过坐标变换得到三相静止坐标系下短路电流的解析表达式；步骤6:测量转子电压初始值，转子的转速和短路时刻定子电压初相角，根据三相静止坐标系下短路电流的解析表达式，设计双馈感应发电机组在机端发生不同程度电压对称性跌落时的阻抗电压源模型。所述机端电压幅值的跌落系数a的计算公式为:
权利要求
1.一种机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤: 步骤1:根据双馈感应发电机在同步旋转dq轴上的动态等效电路,写出双馈感应发电机组以矩阵形式表示的电压方程； 步骤2:测量短路后机端电压的幅值，并计算机端电压幅值的跌落系数a，并对短路后的电压方程进行拉普拉斯变换，得到短路后双馈感应发电机组在频域下的电压方程； 步骤3:依据物理过程分析法，将短路后频域下的电压方程左侧的矩阵设计成两个磁链引起的零输入响应和两个电压引起的零状态响应； 步骤4:根据短路后双馈感应发电机组在频域下的电压方程，分别计算两个零输入和两个零状态响应引起的短路电流解析表达式，最终得到了全电流解析表达式； 步骤5:通过坐标变换得到三相静止坐标系下短路电流的解析表达式； 步骤6:测量转子电压初始值，转子的转速和短路时刻定子电压初相角，根据三相静止坐标系下短路电流的解析表达式，设计双馈感应发电机组在机端发生不同程度电压对称性跌落时的阻抗电压源模型。
2.根据权利要求1所述的一种机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法，其特征在于，所述机端电压幅值的跌落系数a的计算公式为: 其中，us(0_)为短路前机端电压幅`值;us(o+)为短路后机端电压幅值。
3.根据权利要求1所述的一种机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法，其特征在于，所述全电流解析表达式的计算方法为将两个零输入和两个零状态响应弓I起的短路电流解析表达式直接相加。
全文摘要
本发明公开了风力发电系统技术领域的一种机端对称性故障双馈发电机阻抗电压源等效电路设计方法。其技术方案是，首先在忽略定子和转子电阻的情况下，对短路后双馈感应发电机的电压方程进行拉普拉斯变换；测量机端故障电压确定电压跌落系数，根据物理过程法把电压方程设计成两个零状态和两个零输入响应的方程；在考虑衰减作用的情况下，根据四组方程的解得到不同程度电压对称性跌落时短路电流的全电流解析表达式；最后测量转子电压初始值，转子的转速和短路时刻定子电压初相角，根据全电流解析表达式设计双馈感应风力发电机阻抗电压源等效电路。本发明阻抗电压源等效电路可复现在不同时刻发生对称性电压跌落时，短路电流随时间的变化规律。
文档编号H02H7/06GK103248011SQ20131017606
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者郑涛, 魏占朋, 刘辉, 吴林林, 刘京波 申请人:华北电力大学, 国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司