[發明專利]基于頻域解析的DFIG撬棒電阻整定約束計算方法

有效

• 申請號: 201610081051.0
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105678017B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 駱皓;曹陽;郭巍;莊俊;詹熙;曾磊;黃燦
• 申請（專利權）人: 南京工程學院;國電南京自動化股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H02J3/38
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 耿英;董建林

1.一種基于頻域解析的DFIG撬棒電阻整定約束計算方法，其特征是，

參數定義：

定子靜止坐標系中的轉子電壓，轉子旋轉坐標系中的轉子電壓

定子靜止坐標系中的定子電壓

定子靜止坐標系中的定子電流，定子靜止坐標系中的轉子電流

轉子旋轉坐標系中的定子電流，轉子旋轉坐標系中的轉子電流

定子靜止坐標系中的定子磁鏈，定子靜止坐標系中的轉子磁鏈

R_s定子電阻，R_r轉子回路總電阻

R_rw轉子繞組電阻，R_c轉子撬棒電阻

L_sσ定子漏感，L_rσ轉子漏感

L_m定轉子互感，L_s定子電感，L_r轉子電感

L_rr由轉子繞組產生的穿過氣隙的自感

N_rk_Nr定子有效匝數

N_sk_Ns轉子有效匝數

k繞組折算系數

ω₁電網電壓同步轉速，ω_r轉子旋轉電角速度

θ_r定子A相繞組與轉子a相繞組之間的角度

U_dc四象相變流器直流母線電壓設定值

p_n發電機極對數

θ_sp0電網電壓跌落時刻正序電壓，θ_sn0電網電壓跌落時刻負序電壓的初相角電網電壓跌落后正序電壓的矢量模，電網電壓跌落后負序電壓的矢量模Re對復數求取實部的算子Im對復數求取虛部的算子；

參數上標定義：

→空間矢量

s定子坐標系，

r轉子坐標系

'經繞組折算后的數值；

參數下標定義：

α定子兩相靜止坐標系α軸，

β定子兩相靜止坐標系β軸

s定子，

r轉子；

包括以下步驟：

1)在定子靜止坐標系和轉子旋轉坐標系中的定、轉子電壓空間矢量方程分別為：

在定轉子相數相同的條件下，由繞組折算系數和根據(式1b)進行繞組歸算得到：

經過繞組歸算，L_rr'等于L_m'；通過(式2)計算得：

在定子靜止坐標系中，(式3)表示為：

由(式4)得定子兩相靜止坐標系中的轉子電壓方程：

考慮電網電壓跌落t₀時刻的電流初值，由(式5)進行Laplace變換得：

將(式6)帶入得：

電網電壓跌落后的空間矢量表達式為：

對(式8)進行Laplace變換可得：

考慮電網電壓跌落t₀時刻的磁鏈初值，對(式1a)進行Laplace變換得：

2)定子暫態電流計算

電網電壓跌落后，觸發撬棒電路對轉子繞組進行短接，通過零狀態響應和零輸入響應對定子的暫態電流進行計算；

將(式7)、(式9)代入(式10)，得在頻域中的表達式為：

式中和分別為定子暫態電流在定子靜止坐標系的零狀態響應和零輸入響應，表達式分別為：

式中A₁＝s²L_r'L_s-s²L_m'²+sL_r'R_s+sR_r'L_s-sjω_rL_r'L_s+sjω_rL_m'²-jω_rL_r'R_s+R_r'R_s；NUM₁(s)和NUM₂(s)為表達式的替代分子，DEN₁(s)和DEN₂(s)為表達式的替代分母；

計算NUM₁(s)/DEN₁(s)表達式的四個極點為：

計算NUM₂(s)/DEN₂(s)表達式的兩個極點為：

對DEN₁(s)和DEN₂(s)進行求導，得到dDEN₁(a_n)/ds和dDEN₂(b_n)/ds；由于Re(a₁)＝Re(a₂)＝0，且Re(a₃)、Re(a₄)、Re(b₁)和Re(b₂)為非零，在定子兩相靜止坐標系中，通過反Laplace變換可得電網電壓跌落、撬棒電路觸發后的定子暫態電流的表達式為：

-1/Re(a₃)、-1/Re(a₄)、-1/Re(b₁)和-1/Re(b₂)分別為各暫態分量的衰減時間常數；

3)轉子暫態電流計算

將和代入(式6),得到電網電壓跌落、觸發撬棒電路對轉子繞組進行短接后，轉子暫態電流在定子兩相靜止坐標系的零狀態響應和零輸入響應：

式中，NUM₃(s)和NUM₄(s)為表達式的替代分子，DEN₃(s)和DEN₄(s)為表達式的替代分母；

的五個極點表達式為：

的三個極點表達式為：

通過對DEN₃(s)和DEN₄(s)求導,得到dDEN₃(c_n)/ds和dDEN₄(d_n)/ds；由于Re(c₂)＝Re(c₃)＝0，且Re(c₁)、Re(c₄)、Re(c₅)、Re(d₁)、Re(d₂)和Re(d₃)為非零，在定子兩相靜止坐標系中，通過反Laplace變換得電網電壓跌落、撬棒電路觸發后的轉子穩、暫態電流的表達式分別為：

-1/Re(c₁),-1/Re(c₄),-1/Re(c₅),-1/Re(d₁),-1/Re(d₂)和-1/Re(d₃)分別為各暫態分量的衰減時間常數；

4)撬棒電阻整定約束設定

設雙饋發電機電角轉速范圍為ω_r∈[K₁ω₁,K₂ω₁]，其中K₁∈(0,1]且K₂∈[1,2)；以ω_r∈[K₁ω₁,K₂ω₁]為約束條件，構建以x為變量的函數ω_r(n_x)＝K₁ω₁+0.314x，其中x為非負整數(x＝0,1,2,3,…,)，以ω_r(n_x)∈[K₁ω₁,K₂ω₁]為約束條件，得到由ω_r(n_x)構成的序列ω_se；令y為R_c'的自變量，構建函數R_c'(m_y)＝10^-3y，其中y為非負整數(y＝0,1,2,3,…)；

當電網電壓發生跌落時、在轉子側變流器被撬棒旁路的條件下，假設c₁、a₃和a₄實部為零，暫態電流不發生衰減，由(式23a)、(式23b)得轉子電流表達式為：

根據R_c'(m_y)＝10^-3y，以y＝0為初值，在電機參數已知的條件下，設R_c'＝R_c'(m₀)，R_c'(m₀)表示y＝0時的電阻值，并將序列ω_se的所有元素逐次逐個代入(式24)，求取周期表達式，得到在一個周期內模的峰值在不同轉速條件下的最大值通過繞組折算，得到由計算得到撬棒電路線電壓峰值上限值為：

遞增y，重復以上過程，得到U_{LL_max}(m₁)，U_{LL_max}(m₂)，…；

在y遞增過程中，當U_{LL_max}(m_V)≥U_dc，即y＝V時撬棒電路線電壓峰值上限值大于等于四象限變流器直流母線電壓設定值時，停止計算，經繞組折算將R_c＝k²·R_c'(m_V-1)設定為撬棒電阻整定上限；以R_c∈[0,k²·R_c'(m_V-1)]為約束條件，確保撬棒電路觸發后轉子變流器被可靠旁路。