[发明专利]一种电流频域解析的双馈风力发电机撬棒电阻整定方法

权利要求书

1.一种电流频域解析的双馈风力发电机撬棒电阻整定方法，其特征是，

参数定义：

定子静止坐标系中的转子电压，转子旋转坐标系中的转子电压

定子静止坐标系中的定子电压

定子静止坐标系中的定子电流，定子静止坐标系中的转子电流

转子旋转坐标系中的定子电流，转子旋转坐标系中的转子电流

I_rN转子电流额定值

定子静止坐标系中的定子磁链，定子静止坐标系中的转子磁链，转子静止坐标系中的转子磁链；

R_s定子电阻，R_r转子回路总电阻

R_rw转子绕组电阻，R_c转子撬棒电阻

L_sσ定子漏感，L_rσ转子漏感

L_m定转子互感，L_s定子电感，L_r转子电感

L_rr由转子绕组产生的穿过气隙的自感

N_rk_Nr定子有效匝数

N_sk_Ns转子有效匝数

k绕组折算系数

ω₁电网电压同步转速，ω_r转子旋转电角速度

θ_r定子A相绕组与转子a相绕组之间的角度

U_dc四象相变流器直流母线电压设定值

p_n发电机极对数

θ_sp0电网电压跌落时刻正序电压，θ_sn0电网电压跌落时刻负序电压的初相角；

电网电压跌落后正序电压的矢量模，电网电压跌落后负序电压的矢量模

Re对复数求取实部的算子

Im对复数求取虚部的算子；

参数上标定义：

→空间矢量

s定子坐标系，

r转子坐标系

'经绕组折算后的数值；

参数下标定义：

α定子两相静止坐标系α轴，

β定子两相静止坐标系β轴

s定子，

r转子；

包括以下步骤：

1)在定子静止坐标系和转子旋转坐标系中的定、转子电压空间矢量方程分别为：

在定转子相数相同的条件下，由绕组折算系数和根据(式1b)进行绕组归算得到：

经过绕组归算，L_rr'等于L_m'；通过(式2)计算得：

在定子静止坐标系中，(式3)表示为：

由(式4)得定子两相静止坐标系中的转子电压方程：

考虑电网电压跌落t₀时刻的电流初值，由(式5)进行Laplace变换得：

将(式6)带入得：

电网电压跌落后的空间矢量表达式为：

对(式8)进行Laplace变换可得：

考虑电网电压跌落t₀时刻的磁链初值，对(式1a)进行Laplace变换得：

2)定子暂态电流计算

电网电压跌落后，触发撬棒电路对转子绕组进行短接，通过零状态响应和零输入响应对定子的暂态电流进行计算；

将(式7)、(式9)代入(式10)，得在频域中的表达式为：

式中和分别为定子暂态电流在定子静止坐标系的零状态响应和零输入响应，表达式分别为：

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)为表达式的替代分子，DEN₁(s)和DEN₂(s)为表达式的替代分母；

计算NUM₁(s)/DEN₁(s)表达式的四个极点为：

计算NUM₂(s)/DEN₂(s)表达式的两个极点为：

对DEN₁(s)和DEN₂(s)进行求导，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)为非零，在定子两相静止坐标系中，通过反Laplace变换可得电网电压跌落、撬棒电路触发后的定子暂态电流的表达式为：

-1/Re(a₃)、-1/Re(a₄)、-1/Re(b₁)和-1/Re(b₂)分别为各暂态分量的衰减时间常数；

3)转子暂态电流计算

将和代入(式6),得到电网电压跌落、触发撬棒电路对转子绕组进行短接后，转子暂态电流在定子两相静止坐标系的零状态响应和零输入响应：

式中，NUM₃(s)和NUM₄(s)为表达式的替代分子，DEN₃(s)和DEN₄(s)为表达式的替代分母；

的五个极点表达式为：

的三个极点表达式为：

通过对DEN₃(s)和DEN₄(s)求导,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)为非零，在定子两相静止坐标系中，通过反Laplace变换得电网电压跌落、撬棒电路触发后的转子稳、暂态电流的表达式分别为：

-1/Re(c₁),-1/Re(c₄),-1/Re(c₅),-1/Re(d₁),-1/Re(d₂)和-1/Re(d₃)分别为各暂态分量的衰减时间常数；

4)撬棒电阻整定约束设定

当电网电压发生跌落时、在转子侧变流器被撬棒旁路的条件下，经绕组折算后的转子回路总电阻R_r'包括经绕组折算后的转子绕组电阻R_rw'和经绕组折算后的转子撬棒电阻R_c'，即R_r'＝R_rw'+R_c'，设定

设双馈发电机电角转速范围为ω_r∈[K₁ω₁,K₂ω₁]，其中K₁∈(0,1]且K₂∈[1,2)；以ω_r∈[K₁ω₁,K₂ω₁]为约束条件，令x为ω_r的自变量，构建函数ω_r(n_x)＝K₁ω₁+0.314x，其中x为非负整数(x＝0,1,2,3,...)，得到由ω_r(n_x)构成的序列ω_se；令y为R_c'的自变量，以为限定范围，构建函数R_c'(m_y)＝10^-3y，其中y为非负整数(y＝0,1,2,3,...)；

以y＝0为初值，在电机参数已知的条件下，设R_c'＝R_c'(m₀)，R_c'(m₀)表示y＝0时的电阻值，将序列ω_se的元素逐次逐个、分别代入c₁、a₃和a₄的表达式，分别得到序列ω_se涵盖转速区间的c₁、a₃和a₄实部最大值和并记

递增y并重复上述计算，得到D(m₁)、D(m₂)、...，记M＝min{D(m₀),D(m₁),D(m₂),...}即M＝D(m_P)，P∈非负整数集合，m_P∈{m₀,m₁,m₂,...}；根据公式R_c'(m_y)＝10^-3y得到R_c'(m_P)＝10^-3P；经绕组折算，得到转子撬棒电阻R_c的整定值R_c＝k²·R_c'(m_P)。