[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流频域解析的双馈风力发电机撬棒电阻整定方法，属于电气传动应用技术领域。

背景技术

撬棒电路实现了双馈风力发电机(Doubly-fed Induction Generator,简称DFIG)在低电压穿越过程中的转子变流器旁路保护。采用该保护方法进行控制时，转子变流器失去对转子电流的控制，暂态特性完全取决于撬棒电路的参数，撬棒电阻的整定阻值是双馈风力发电机实现低电压穿越和适时恢复交流励磁的关键因素。撬棒电路触发期间的定转子暂态电流解析是实现该参数整定的技术瓶颈。

目前双馈发电机撬棒电阻整定方法主要有3类方法：

1)根据发电机参数和电网电压跌落特性，通过低电压穿越电磁仿真实现参数整定。由于该方法的物理过程不明确，需要在多种工况下分别进行仿真，计算成本高。

2)忽略双馈发电机定转子电阻的条件下，通过触发期间的定转子暂态电流解析，为确保低电压穿越过程转子暂态电流和直流母线电压不超越限值，实现撬棒电阻整定。该方法存在误差，且误差限难以确定，仅能对工程应用提供参考。

3)通过定转子瞬态时间常数，在时域中分析低电压穿越过程中的绕组最大暂态电流，但是定转子的暂态直流电流是近似直流，实际上是以较缓慢的角频率旋转，且误差产生原因不明，需要结合工程经验进行参数调整。

由此可见，当前，双馈发电机组撬棒电阻整定多依赖实验试探、工程经验、仿真或近似计算的方法，上述方法均除存在成本高、周期长、精确度低的缺点外，在不同转速条件下触发撬棒电路后的暂态电流衰减速度不确定、转子变流器恢复交流励磁的响应时间难以保证。

在此前提下，通过频域计算实现双馈风力发电机在撬棒电路触发过程中的定转子电流解析，计算转子电流各暂态分量衰减时间常数在不同转速和不同撬棒电阻条件下的特征，实现转子电流暂态分量衰减速度的上限极值设定，对于提升撬棒电路电阻整定方法的科学性、提高发电机组低电压穿越交流励磁恢复响应速度和降低撬棒电路参数设计难度，均有显著意义。

发明内容

本发明针对上述技术难题，提出一种基于Laplace变换和反变换的定转子暂态电流计算方法，该解析方法适用于任意跌落深度的电网电压平衡或不平衡故障。通过Laplace变换，在频域内实现撬棒电路触发后定转子电流零状态响应和零输入响应的求解和叠加。采用Laplace反变换，求解定转子暂态电流的时域解。

通过分析定转子电流在频域和时域求解所得的解析表达式的物理特性，以撬棒电路触发后的线电压上限不超过四象限变流器直流母线电压为约束条件，针对不同转速进行转子暂态电流衰减时间常数的全局寻优计算，实现对撬棒阻值的整定。较现有方法，该整定方法数学概念清晰、计算过程精确，有效实现了电网电压跌落、撬棒触发后转子暂态电流的最快速衰减，确保转子变流器恢复交流励磁的响应时间。

为解决上述技术问题，本发明提供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

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