[發明專利]一種基于雙饋電機撬棒保護新判據的風電場短路電流計算方法

有效

• 申請號: 201910312866.9
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN109888837B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 潘文霞;劉明洋;趙坤;張藝博;郭家圣;楊剛;李建成;陳昕
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;姚蘭蘭

1.一種基于雙饋電機撬棒保護新判據的風電場短路電流計算方法，其特征在于，包括以下步驟，

步驟1，計算各雙饋風力發電機組的撬棒保護動作新判據，進而判斷各機組撬棒保護是否動作，以動作與否為依據將風電場中的雙饋機組進行一次分群；

步驟2，計算各機組的分群特征量，并基于密度峰值聚類算法對一次分群結果中的群組進行二次分群，得到風電場的分群結果；

步驟3，分別將同一群組的機組等值為一臺機，并計算相應等值參數；

步驟4，根據所得雙饋風電機組風電場的等值模型，計算雙饋風電場的短路電流；

所述雙饋風力發電機組的撬棒保護動作新判據的計算方法為，

其中，T表示周期；t₀為短路故障發生時刻，i_r為dq同步旋轉坐標系下的轉子電流空間矢量；為轉子電流參考值，j指復數域中的虛部部分，U_s0為故障前機端電壓幅值；P_s,ref和Q_s,ref分別為有功功率參考值和無功功率參考值，ψ_sm為定子磁鏈幅值，L_s為定子繞組等效電感，L_m為勵磁電感；為故障后轉子感應電動勢e直流分量的衰減時間常數；ω_p＝ω_s–ω_r為轉差角速度，ω_r為轉子角速度，ω_s為同步轉速，τ_s＝L'_s/R_s為定子回路衰減時間常數；K_d為機端電壓跌落系數；為故障后轉子感應電動勢e的直流分量；s＝ω_p/ω_s為轉差率，為轉子暫態等效電感，L_r為轉子電感，μ＝(R_r+k_p+jω_pL'_r)/L'_r和λ＝k_i/L'_r為參數變量，R_r為轉子電阻，k_p和k_i分別為轉子電流內環PI控制器的比例系數和積分時間常數，ω_p為轉差角速度；為常微分方程的特征根；為轉子電流初值，和分別代表定子、轉子電感耦合系數，為定子磁鏈初值，為轉子磁鏈初值，R_s為定子電阻，I_s0為故障后定子電流初值；I_rth為轉子電流允許極限值；

比較臨界動作電壓跌落系數K_d的大小與機端電壓幅值跌落量K_dcr大小，若滿足K_dcr≥K_d，則機組撬棒保護動作；否則撬棒保護不動作；

將同一群組的機組等值為一臺機，其相應等值參數的計算方法為，

若等值后風電場中共有h臺等值機，其中等值機p是由等值前風電場中的m臺機組組成，則將這m臺機組的每一個的下標編號構成的有序數對集合記為M_ij＝{(i,j)}；

1)等值發電機參數

所述等值發電機參數計算包括等值發電機的容量S_eq、電阻R_eq、電抗L_eq、電容C_eq和撬棒電阻R_{cb_eq}，應有以下關系成立：

式中，S_i為等值前第i臺風力發電機的額定容量，R_i為等值前第i臺風力發電機的電阻；L_i為等值前第i臺風力發電機的電抗；C_i為等值前第i臺風力發電機的電容；R_cbi為等值前第i臺風力發電機的撬棒電阻；

2)等值變壓器參數

每一臺風力發電機出口都經過一臺小容量的升壓變壓器升壓后接入系統，對于同群機組等值后的等值機出口同樣需要一臺等值升壓變壓器；變壓器參數計算即相當于對等值變壓器的容量S_{T_eq}、阻抗Z_{T_eq}進行計算，它們應該滿足如下關系：

式中，S_Ti為等值前第i臺變壓器的容量；Z_Ti為等值前第i臺變壓器的阻抗；

3)等值集電線路參數

第p臺等值機對應的等值集電線路阻抗公式為

S_lj為第l行第j列雙饋電機的視在功率；Z_kj為第k行第j列雙饋電機所對應的集電線路阻抗；S_ij為第i行第j列雙饋電機的視在功率；Z_{eq_p}為第p臺等值機所對應的等值集電線路阻抗；

所述雙饋風電場的短路電流的計算方法如下：

其中，對于撬棒保護不動作的等值機的A相短路電流計算公式為，

其中，T_s和T_r分別為定子和轉子回路暫態時間常數，T_s＝L_s’/R_s、T_r＝L_r’/R_r；A_sa、B_sa、C_sa分別為各頻率分量系數，

R_s為定子側電阻，i_s為定子側電流，L_m為激磁電感，ψ_s為定子側磁鏈，R_r為轉子側電阻，i_r為轉子側電流，ψ_r為轉子側磁鏈，L_s＝L_sσ+L_m，L_r＝L_rσ+L_m，L_sσ和L_rσ分別為定子漏感和轉子漏感，L_s’和L_r’分別代表定子繞組暫態電感和轉子繞組暫態電感，并且L_s’＝L_s-L_m²/L_r、L_r’＝L_r-L_m²/L_s，k_r為轉子電感耦合系數，k_r＝L_m/L_r，k_s為定子電感耦合系數，k_s＝L_m/L_s；對于撬棒保護動作的等值機的A相短路電流計算公式為，

其中，T_r”為轉子回路暫態時間常數，T_r”＝L’_r/(R_r+R_cb)；A_sa2、B_sa2、C_sa2分別為撬棒保護動作下雙饋電機短路電流各頻率分量系數，

R₁為撬棒保護等效阻抗，R＝R_r+R_cb，R_cb為撬棒保護電阻。