[发明专利]计入电压跌落幅度因素的阻容式撬棒电容参数确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体地，涉及计入电压跌落幅度因素的阻容式撬棒电容参数确定方法。

背景技术

对于风力发电中常用的双馈发电机（以下简称DFIG）构成的并网风力发电系统，由于电网故障而出现电压跌落时，其会导致发电机的定子、转子磁链出现直流分量，进而在DFIG的转子侧感应出较大的感应电动势和过电流，严重时可能造成转子侧变流器和发电机的损坏。

同时，由于以DFIG为主的并网风电场容量不断增大，当电网出现故障时，如果为保护风场设备而将DFIG机组直接脱网，势必加剧电网的不稳定，严重时可能导致电网崩溃。因此，在电网故障期间，风力发电系统应该采取一些必要的保护措施来保障自身的安全，同时给电网稳定运行提供必要的支撑。

这些措施既要有利于限制转子侧的过电流，又要有利于电网故障电压的快速恢复。为了兼顾考虑以上两方面的问题，目前使用的方案是在故障期间通过在转子侧加入电阻式撬棒，从而将机侧变流器短接并限制转子侧产生的过电流。通过在定子侧投入SVC装置，向电网发出无功功率以稳定并补偿跌落的电网电压，从而提高故障期间DFIG的不脱网运行能力。

尽管以上的方案能够解决所述的两个方面的问题，但是也存在缺陷。

一方面，电阻式撬棒（参见图3）的投切会对机侧变流器和DFIG的转子造成较大的暂态冲击。而且当电阻式撬棒在故障期间投入时，将转子侧变流器短接，此时的DFIG相当于一台异步电机（参见图1），其转子侧要从定子侧吸收大量的无功功率进行励磁，对定子侧电网电压的恢复更加不利。

另一方面，当在定子侧投入SVC装置时，SVC所发出无功功率的大小是和其投入端的电压在一定范围内成正比的，当电网电压瞬间跌落至较低的值时，SVC所能发出的无功功率很小，而当电网电压逐渐恢复时，其发出的无功功率逐渐增大。这会导致故障时电压恢复缓慢，在电压恢复接近正常值时，其电压的增长加快，最终导致电网过电压的发生，对系统的稳定运行产生不利影响。显然，为了能够迅速地响应电网故障并尽快地补偿跌落的电网电压，希望在电网电压跌落的瞬间能够发出较大的无功功率，而在电网电压逐渐恢复至正常值时发出较小的无功功率。

考虑到以上因素，已经发明了阻容式结构的转子撬棒（参见图4），实现了对电网跌落电压的快速补偿，并有效地限制了故障期间的转子侧的过电流和暂态冲击。

但是其并没有涉及到阻容式转子撬棒中电容值的设计方法，仅给出了一些经验性结果，因此推导出相应的理论设计公式，发明一种阻容式转子撬棒电容参数设计方法十分重要。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在电容值可靠性低和用电安全性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出计入电压跌落幅度因素的阻容式撬棒电容参数确定方法，以实现电容值可靠性高和用电安全性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：计入电压跌落幅度因素的阻容式撬棒电容参数确定方法，主要包括：

a、建立当前风力发电系统的无功功率和转子电抗之间的关系模型；

b、确定当前风力发电系统所需无功功率                                                ；

c、将步骤b所得当前风力发电系统所需无功功率，代入步骤a所得无功功率和转子电抗之间的关系模型，求取当前风力发电系统转子电抗变化值；

d、对步骤c所得当前风力发电系统转子电抗变化值进行修正，求得阻容式转子撬棒中的电容值。

进一步地，所述步骤a具体包括：

基于异步电机简化电路模型，忽略定子电阻，得出定子侧无功功率与转子电抗的关系表达式：

；

在上式中，为发电机定子侧电压，为计入转子侧撬棒电阻后转子侧总电阻归算至定子侧的值，为定子电抗，为转子电抗归算至定子侧的值，为转差率，为励磁电抗，。

进一步地，所述步骤b具体包括：

获取风力发电系统发生故障时的故障参数，该故障参数包括故障电压、故障电流和故障时的有功功率，假设故障电压为、故障时的无功功率为；

将上述各故障参数代入功率方程，用电网正常电压代替故障电压为，求取故障时的无功功率：

；

所求取的故障时的无功功率，即为风力发电系统发生故障时所需补偿的无功功率。

进一步地，所述风力发电系统发生故障时所需补偿的无功功率的操作，具体还包括：

在求解的过程中利用功率三角关系，先求出功率因数，即：