[发明专利]电压源-阻抗形式的双馈风力发电机等效模型

说明书

技术领域

本发明属于电力系统风力发电技术领域，尤其涉及一种电压源-阻抗形式的双馈风力发电机等效模型。

背景技术

风力发电是目前最具商业化发展前景的新能源技术，风电技术的发展大大推动了风力机的迅速发展。双馈风力发电机（DFIG）具有可以实现有功功率和无功功率的解耦控制、变流器容量小等优势，被广泛应用于风力发电系统。电网发生故障后，DFIG的机端电压瞬间跌落，为防止转子绕组过流损坏变流器的安全，目前通常采用投入撬棒电路的方法将转子侧变流器旁路，同时限制转子电流峰值的大小。目前对于DFIG的研究工作已经开展了很多，如DFIG转子侧和网侧变流器的控制策略、故障情况下DFIG的短路电流特性以及低电压穿越方案等，但是对于DFIG的等效模型，特别是适用于不对称故障稳态分析的DFIG等效模型的研究甚少。传统的DFIG等效模型基于电阻-电抗混联形式，无法清晰地反映故障后DFIG的短路特性，无法为风电场接入的继电保护配置提供参考。因此，研究更具工程意义的DFIG电压源-阻抗模型具有十分重要的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种电压源-阻抗形式的双馈风力发电机等效模型，以解决现有技术适用于不对称故障稳态分析的DFIG等效模型的研究甚少，传统的基于电阻-电抗混联形式的DFIG等效模型无法清晰地反映故障后DFIG的短路特性，无法为风电场接入的继电保护配置提供参考等问题。

本发明技术方案：

一种电压源-阻抗形式的双馈风力发电机等效模型，其建模方法包括：

步骤1、建立定子轴系下，空间矢量形式的双馈风力发电机电压方程和磁链方程

        

式中，、分别为定、转子电压空间矢量，、分别为定、转子空间电流矢量，、分别为定、转子磁链空间矢量，R_s为定子电阻，R_r为转子电阻，ω_r为转子转速，L_s=L_m+L_ls为定子自感，L_r=L_m+L_lr为转子自感，L_m为励磁电感，L_ls、L_lr分别为定、转子漏感，D为微分算子，j为虚数单位，双馈风力发电机的转子电压矢量即为转子侧变流器施加在转子绕组上的励磁电压；

步骤2、根据步骤1所述的定、转子磁链方程得到电压源-阻抗形式的双馈风力发电机的等效模型为：

        

式中：，表示双馈风力发电机的定子暂态电抗，为双馈风力发电机的内电势。

所述的双馈风力发电机的内电势的确定方法包括下述步骤：

步骤1、建立故障后机端正、负序电压、的表达式：

        

式中：A为机端正序电压跌落深度0≤A≤1，U_s为稳态运行时机端电压的幅值，U₁为故障后机端正序电压的幅值，θ为0时刻机端电压的相位，为旋转因子，ω_s为同步转速，t为时间，U₂为机端负序电压的幅值；θ^’为0时刻机端负序电压的相位。

步骤2、建立定子轴系下，故障后的转子正序稳态磁链表达式：

        

式中，，表示双馈风力发电机的转子暂态电抗，s表示转差率。

        表示双馈风力发电机的转子暂态电抗，s表示转差率，为转子正序稳态磁链，Rcb为折算至定子侧的撬棒电阻；

步骤3、建立定子轴系下，故障后的转子负序稳态磁链表达式

        

式中，；

步骤4、根据步骤1故障后机端正、负序电压、的表达式、步骤2故障后的转子正序稳态磁链表达式和步骤3故障后的转子负序稳态磁链表达式，得到转子稳态磁链表达式

        

步骤5、根据步骤4的转子稳态磁链表达式和电压源-阻抗形式的双馈风力发电机的等效模型，得出双馈风力发电机故障稳态后的内电势计算公式

        。

根据双馈风力发电机故障稳态后的内电势计算公式，在忽略定子电阻时，在撬棒投入情况下，故障稳态后的定子短路电流计算公式为

        

本发明的有益效果：