申请/专利权人：中南大学

申请日：2023-12-14

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN117713014B

主分类号：H02H7/26

分类号：H02H7/26;H02H3/06;H02J3/50;H02J3/48;H02P21/22;H02P9/00;H02P9/10;H02P101/15;H02P103/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2024.04.02#实质审查的生效;2024.03.15#公开

摘要：双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，所述方法采用风电故障全过程多阶段划分和短路电流通用解析表达式，实现了双馈风电场输出短路电流精确计算；具体内容包括：建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型，采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；短路电流通用表达式改进，采用改进的简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；短路电流特征分析，对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持。

主权项：1.双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法，其特征在于：具体内容包括：1、建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型；采用保护响应阶段、一次撬棒保护阶段、去磁控制阶段、无功电流注入阶段和二次撬棒保护阶段五个阶段的全过程故障阶段划分方法；所述步骤1建立双馈风电场故障全过程等效聚合模型具体表示为：双馈风机等效聚合模型；基于双馈风力发电机电磁耦合关系，在复频域建立双馈风机聚合模型，公式方程表示为： 其中，是正序滑差角频率，ω-s＝ω-1-ωr是负序滑差角频率，ωr是转子角频率，是正序同步角速度，ω-1是负序同步角速度，并且有关系，和是正复序定子和转子磁链的初始值，后续所有推导都是基于复矢量形式，即Xdq＝Xd+jXq；基于1和2，双馈风机聚合模型电压方程表示为： 其中， 聚合模型漏磁系数表示为 其中 将6带入3中，转子电流由转子磁链和定子电流表示，定子磁链由转子磁链和定子电流表示： 转子变流器等效聚合模型如下；1故障前Pre-fault；PI控制的转子电流环表示为： 其中，kpr和kir是控制器PI调节参数，是网侧变流器输出电流参考值；故障前双馈风机只输出有功功率，所以参考值为： 2保护反应阶段PR；此阶段无保护投入，故参考值仍可以由10表示；3撬棒一次保护阶段FCP；此阶段转子变流器RSC被撬棒电路旁路，所有转子电压表示为： 其中Rre＝Rr+Rc为撬棒投入后转子侧等效电阻；将7带入11，转子电压表示为： 4去磁控制阶段DO；为消除转子暂态磁链，转子电流参考值表示为： 其中是去磁系数，设定为负值，便于反向励磁，加速暂态磁链衰减；5无功电流注入阶段RCI；根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故转子变流器参考值设定为： 故障穿越系数6撬棒二次保护阶段SCP；抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同11和12；7故障结束After-fault；故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致；所述网侧变流器等效聚合模型如下；在整个故障过程中，GSC输出故障电流有两种模式，即注入模式和吸收模式；当风速高于低于额定风速时，转子转速高于低于额定转子转速，GSC注入吸收本地电网电流包括注入吸收模式；等效聚合模型的双重PI网侧控制环表示为： 通过15和16联立，得到网侧控制环方程： 1故障前Pre-fault；故障前网侧变流器只控制直流母线电压，所以参考值为： 2保护反应阶段PR；此阶段无保护投入，故参考值由18表示；3撬棒一次保护阶段FCP；此阶段转子变流器RSC被撬棒电路旁路，网侧变流器GSC稳定直流电压同时向电网提供有限的功率： 4去磁控制阶段DO；此时，电网侧仍有无功功率缺额，网侧变流器仍然需要提供无功支撑，故参考值同19；5无功电流注入阶段RCI；根据电网导则要求，双馈风电在相对稳定情况下恢复对电网无功功率支撑作用，故网侧参考值设定为： 故障穿越系数6撬棒二次保护阶段SCP；抵御故障切除瞬间冲击电流对转子变流器的影响，撬棒重新投入运行，故转子电压方程同19；7故障结束After-fault；故障完全结束，双馈风机恢复正常运行，转子控制环与故障前一致；2、提出网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；根据故障发生时风速不同，提出了网侧变流器具有注入模式和吸收模式两种运行模式的短路电流贡献机理；3、短路电流通用表达式改进；在满足多故障场景的条件下，将复杂微分方程改进为简单代数运算，提高计算方法的准确性、通用性和时效性；所述步骤3改进具体为：将各阶段转子电压带入公式3，将定子磁链方程表示为如下形式： 由于各阶段序贯动作，所以电压电流初值用阶跃函数表示， 由于公式23分母定子电阻RS的数量级远小于定子电感LS，定子电阻被忽略，故23的分母简化成 定子输出短路电流复频域表达式如下： 式26中三个极点表示为： 基于普拉斯反变换，定子输出短路电流时域表达式为 基于公式17，网侧变流器短路电流表示为： 初值以阶跃形式表现，则有 网侧变流器短路电流被化简为： 同样，31中含有两个极点 则网侧变流器短路电流表示为 将28和33整合在一起，得到双馈风机故障全过程通用短路电流表达式 基于公式34，双馈风电短路电流通用表达式分为三个特征分量： 其中，分别为直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量；4、短路电流特征分析；对短路电流进行分量提取，得到直流分量、交流稳定频率分量和交流衰减频率分量，为故障识别和继电保护提供理论支持。

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