[发明专利]考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法，首先将双馈风电机组低电压穿越过程分为Crowbar投入阶段和无功控制阶段。在故障发生后瞬间，双馈风电机组即投入Crowbar，建立Crowbar投入阶段的工频等效电路并求解此阶段下的机端电压u′_s；然后根据u′_s确定无功控制阶段的转子参考值、定子磁链初值、转子电流初值及转子电流初始变化率；而后可以建立无功控制阶段的工频等效电路并求解此阶段下的机端电压u″_s，进而计算双馈风电机组低电压穿越全过程的短路电流。本发明可提高双馈风电机组在低电压穿越过程中短路电流计算的准确性。

技术领域

本发明涉及电力系统故障分析和短路计算，具体指一种考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法，属于电力系统分析领域。

背景技术

我国拥有丰富的风能资源，风力发电具有广阔的发展前景。国家能源局的数据显示，2017年上半年，全国风电新增并网容量601万千瓦，增长势头良好；上半年，全国风电发电量1490亿千瓦时，同比增长21％。风电已逐渐成为电力系统的主要能源形式之一。

双馈风电机组经过几十年的发展，现已成为电力系统中风力发电的主流装备之一。其转子绕组通过背靠背变流器并网，利用变流器强大灵活的控制能力，可实现在较宽的风速变化范围内功率的平稳输出，相较于传统定速风电机组有较大的优势。背靠背变流器由转子变流器和网侧变流器组成，其中转子变流器主要用于控制异步发电机的转子电流，进而实现风能的最大功率跟踪和单位功率运行；网侧变流器主要用于控制直流母线的电压。

电网故障发生后，双馈风电机组机端电压瞬间跌落，在转子绕组产生较大的冲击电流。为了避免过电流损坏变流器，投入撬棒(Crowbar)电路并闭锁转子侧变流器是目前较为常用的低电压穿越方法。现有风电场并网导则要求风电机组在电网故障时保持并网并提供无功电流，因此在躲过转子冲击电流后，双馈风电机组通常退出Crowbar并重启转子侧变流器，进而控制转子电流实现无功功率的输出。在Crowbar投入阶段，双馈风电机组作常规异步电机运行，其吸收大量无功功率会使得机端电压进一步下降；而在无功控制阶段，双馈风电机组输出无功功率，并使得机端电压上升。在这2个阶段中，双馈风电机组的运行状态和输出特性均表现出很大的区别。同时，在多阶段的低电压穿越过程中，由于电流磁链等电气量不可突变，前一阶段的暂态过程将对后一阶段的初始边界条件造成影响。目前，针对单一低电压穿越阶段下双馈风电机组暂态特性及短路电流计算方法已有较多研究和工程经验。但是，现有研究均以电网故障发生瞬间的状态为条件，并未考虑低电压穿越全过程中Crowbar投入、退出以及无功控制启动造成的双馈风电机组故障边界条件和机端电压的变化，无法针对低电压穿越全过程的短路电流进行准确分析和计算，制约了电力系统设备选型、故障保护等的实施，可能对系统安全造成威胁。

发明内容

针对双馈风电机组短路电流计算尚未计及低电压穿越全过程撬棒的投切和无功控制的切换对短路计算边界条件和机端电压的影响的问题，本发明提出一种考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法。本方法充分考虑了低电压穿越过程中运行和控制方式的切换带来的机端电压和电气量初值变化，得到的定子短路电流表达式充分计及了撬棒投入阶段吸收无功造成机端电压下降、转子变流器无功控制阶段开始时电气量初值变化及无功控制阶段发出无功造成机端电压上升等因素，计算结果准确性有较好的提升，可用于含大规模风电的电力系统短路电流计算和保护整定。

本发明的技术方案是这样实现的：

考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法，包括以下步骤，