含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法

2023-08-05 13:13:26 3

專利名稱：含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統短路電流計算方法，尤其涉及一種含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法。
背景技術：
風電場所在地區一般處於 供電網絡的末端，承受衝擊的能力很弱，因系統故障而引起的風電場脫網，將對電力系統帶來嚴重的影響，有可能導致整個地區電網的崩潰，這對電力系統保護整定提出了新的要求，而短路特性是保護配置的前提和依據。關於我國電網廣泛使用的雙饋感應風力發電機組的故障暫態過程的研究仍不深入，尚未形成系統理論的短路電流計算方法，且含雙饋風電機組的電力系統的短路電流實用計算方法仍鮮有提及。目前風電機組接入的電力系統的工程短路電流計算面臨的主要問題是I)對雙饋風電機組故障暫態過程的分析主要採用時域仿真和解析推導兩種方法。已提出的雙饋風電機組短路電流表達式僅考慮了定子電壓幅值下降為零的情況，皆未對不同電網電壓跌落程度雙饋風電機組的暫態過程進行研究。2)利用網絡元件的電磁暫態模型進行短路電流計算，結果準確，但方法複雜且計算量大，不能滿足工程需求。短路電流實用計算方法應兼顧準確性和簡化性，至今沒有形成系統理論的含雙饋風電機組的電力系統的短路電流實用計算方法。

發明內容
本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，它具有計算過程簡單、準確實用，為含雙饋風電機組的電力系統的保護整定工作奠定良好基礎的優點。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，具體步驟為步驟一利用靜止坐標軸系下雙饋風電機組的電磁暫態模型，推導出雙饋風電機組定、轉子電流與磁鏈的關係； 雙饋風電機組的電磁暫態模型Us=RJi+^-(I)
atur = Rjr + 字· + jcorf/r(2)
atWs =LsIs+LJr(3)\pr = Lmis +LJr(4)其中，下標s和r分別表示定子繞組和轉子繞組龍為定子電壓Λ為轉子電壓，ζ為定子電流，I為轉子電流，A為定子磁鏈，化為轉子磁鏈，Rs為定子電阻，Rr為轉子電阻，Ls為定子電感，Ljr為轉子電感；LS = Lso +Lm, Lr = Lro +Lm, Ls。、L"分別為定子、轉子繞組的漏感，Lm為激磁電感；為轉子的電角速度。為描述雙饋風電機組的定、轉子電流與磁鏈的關係，將⑶式和⑷式改寫為(、)
人/
-T _ J Ws Wr1,·--K ~7 + ~7(6)
Lr Lr式中，IV和L/分別為定、轉子繞組的暫態電感，匕和匕分別為定子、轉子電感耦合係數。且4'=4-￥ = 4。+ ^^木=><=4= +。
^rcr +人 r~s^sa +s步驟二 分析雙饋風電機組定子磁鏈的故障暫態過程；雙饋風電機組正常運行時，定子電壓空間矢量K的幅值表示為Us，轉速為同步電角速度《s的旋轉矢量j7, =U^e'ae,m'r =LI^mj(7)式中，江為定子電壓向量，α為a相電壓的初相角；t表不時間，h表不故障發生時刻,t > O, tpO ;根據式⑴電壓方程,若忽略定子電阻的作用，定子磁鏈穩態分量隨時間的變化率近似等於定子電壓，則電網故障前，定子磁鏈為
I/ Q^tVs(Kf0)=-~(8)設t = h時刻，電網發生三相短路故障，定子電壓幅值跌落至穩態值Usf，定子電壓跌落係數定義為K = Us Jjsf(9)定子電壓跌落係數體現了故障點與風電機組之間的電氣距離，為O時表示故障點與雙饋風電機組的電氣距離無限遠或是沒有發生故障，為I時表示機端三相短路故障；usf=(I-K) Us，則故障後定子電壓表示為Ss(^t0) = (I-JC0seMt(10)由以上定子電壓得故障後定子磁鏈穩態分量為V7sf(t>,0) J1 ~K)U^'(11)電網發生三相短路故障瞬間，雙饋風電機組定子電壓幅值跌落，定子磁鏈穩態分量減小；由於磁鏈不能突變，為補償定子磁鏈穩態分量的減小，定子磁鏈中將產生暫態的非周期分量；該非周期分量的初值為故障前後定子磁鏈穩態分量幅值之差
KLJ eJr%t°Ψsd (,ο+ )~Ψs ( -)— Wsf (4+) ~ ;(12)
J A由於定子電阻的存在，定子磁鏈非周期分量將逐漸衰減，衰減時間常數為tS=^-(…則電網故障後，定子磁鏈非周期分量為
權利要求
1.一種含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，具體步驟為 步驟一利用靜止坐標軸系下雙饋風電機組的電磁暫態模型，建立雙饋風電機組定、轉子電流與磁鏈的關係； 步驟二 發生電網三相短路故障後，分析雙饋風電機組定子磁鏈的故障暫態過程和轉子磁鏈的故障暫態過程，確定電網故障後的定子電壓、定子磁鏈和轉子磁鏈，從而建立雙饋風電機組定子短路電流空間矢量表達式； 步驟三將含雙饋風電機組的電力系統簡化等值為一個二支路網絡，為發電機支路和系統支路； 步驟四根據定子短路電流空間矢量表達式確定發電機支路定子短路電流的周期分量、非周期分量和轉子頻率分量； 步驟五將電力系統中各臺發電機次暫態電抗作為等值電抗，不計網絡中負荷作出等值網絡，將其化簡為含有發電機電動勢節點和短路點的簡化網絡，得各電源對短路點間的轉移阻抗，根據轉移阻抗確定系統支路短路電流周期分量的幅值和系統支路短路電流的非周期分量； 步驟六將發電機支路定子短路電流的周期分量、非周期分量與系統支路的短路電流周期分量、非周期分量分別相加，再與發電機支路的轉子頻率分量一起表示為短路點F處的短路電流 /。
2.如權利要求I所述含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，所述步驟一的具體步驟為 雙饋風電機組的電磁暫態模型圮=從+警(I) — 0 - dfr .— u,.= Kh +(2) Ws=LA+LJr(3) Ψτ ~ ^mK + h(4) 其中，下標s和r分別表示定子繞組和轉子繞組式為定子電壓，&為轉子電壓，ξ為定子電流，I為轉子電流，無為定子磁鏈ψ力轉子磁鏈，Rs為定子電阻，Rr為轉子電阻，Ls為定子電感，Ljr為轉子電感；LS = Ls。+Lm, Lr = Lr0 +Lm, Ls。、L"分別為定子、轉子繞組的漏感，Lm為激磁電感；為轉子的電角速度；為了描述雙饋風電機組的定、轉子電流與磁鏈的關係，將(3)式和(4)式改寫為 (5) L； K r sL' L'(6) rr 式中，Ls'和L/分別為定子、轉子繞組的暫態電感，匕和匕分別為定子、轉子的電感耦合係數;且4' =4-7^ = 4.+^^·，k>. =Tl，l:- =Lr -T1^z-,ks 。
ZvLro. + LmLrLsLsa + LmLs
3.如權利要求I所述含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，所述步驟二中求得電網故障後的定子電流和電子磁鏈的具體步驟為 雙饋風電機組正常運行時，定子電壓4幅值表示為Us，轉速為同步電角速度COs的旋轉矢量: us = Usejae30^ = ilse>a·1(7) 式中，A為定子電壓向量，α為a相電壓的初相角，j為複數，t表示時間；t表不時間，h表不故障發生時刻，t > O, t0>0 ;根據式(I)電壓方程，若忽略定子電阻的作用，定子磁鏈穩態分量隨時間的變化率近似等於定子電壓，則電網故障前，定子磁鏈 為TJ Wsif ^) = (\-κ) ^( ο) 由以上定子電壓得故障後定子磁鏈穩態分量為 —,、、{\-KWsej^.... Wsi(t^h) =---(H) 風 電網發生三相短路故障瞬間，雙饋風電機組定子電壓幅值跌落，定子磁鏈穩態分量減小；由於磁鏈不能突變，為補償定子磁鏈穩態分量的減小，定子磁鏈中將產生暫態的非周期分量；該非周期分量的初值為故障前後定子磁鏈穩態分量幅值之差KJJ eMh= Ψ.Λ^-)-ψ,Μ = ----(12) 由於定子電阻的存在，定子磁鏈非周期分量將逐漸衰減，衰減時間常數為 Τ = γ(13) 則電網故障後，定子磁鏈非周期分量為 —, 、KLlej0A t,r…、 綜上，電網發生三相短路故障後，雙饋風電機組定子磁鍊表達式為故障後定子磁鏈穩態分量和定子磁鏈非周期分量之和Ψ^( > I ) = ψ^{ >^(15)。
4.如權利要求I所述含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，所述步驟二中確定電網故障後轉子磁鏈的具體步驟為 正常運行時，由雙饋風電機組電磁暫態模型，知轉子磁鏈為 Wr = jU + L i =廣- i,) - l Js(16) 由⑴、(2)式得
5.如權利要求I所述含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，所述步驟二中確定電網故障後定子短路電流空間矢量表達式的具體步驟為 1)計算定子磁鏈非周期分量時，採用故障瞬間定子電壓幅值1(、)對應的的定子電壓跌落係數
6.如權利要求I所述含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，所述步驟四的具體步驟為 1)求取發電機支路定子短路電流周期分量； 由電網發生三相短路故障後，根據修正後的雙饋風電機組定子短路電流，確定發電機支路電流的周期分量為
7.如權利要求I所述含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，所述步驟五的具體步驟為 .1)求取系統支路短路電流周期分量； 將電力系統中各臺發電機次暫態電抗作為等值電抗，不計網絡中負荷作出等值網絡，得各電源對短路點間的轉移阻抗Xp ;系統支路短路電流周期分量的幅值為
8.如權利要求I所述含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，其特徵是，所述步驟六的具體步驟為 1)短路點短路電流周期分量的幅值； 短路點短路電流周期分量為發電機支路短路電流和系統支路短路電流周期分量之和；故短路點短路電流周期分量的幅值Iff為
全文摘要
本發明公開了一種含雙饋風電機組的電力系統短路電流計算方法，分析了雙饋風電機組的電磁暫態模型和定、轉子磁鏈的故障暫態過程，推導出不同定子電壓跌落程度下雙饋風電機組定子短路電流的表達式，提出可有效減小短路電流計算誤差的定子電壓跌落係數修正方法和含雙饋風電機組的電力系統短路電流實用計算方法。以故障點為分界，將電力系統簡化等值為含發電機支路和系統支路的二支路網絡，求取發電機支路和系統支路短路電流周期分量的運算曲線，確定短路點短路電流周期分量的幅值，推導了短路點短路電流非周期分量和轉子頻率分量的表達式，計算過程簡單、準確實用，可為含雙饋風電機組的電力系統的保護整定等工作奠定良好基礎。
文檔編號G06F17/50GK102867085SQ201210324038
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者陳青, 邢魯華, 黃德斌 申請人:山東大學