基于頻域解析的dfig撬棒電阻整定約束計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000?]本發(fā)明涉及基于頻域解析的DFIG撓棒電阻整定約束計(jì)算方法，屬于電氣傳動(dòng)應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 犠棒電路實(shí)現(xiàn)了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Doubly-fed Induction Generator,簡(jiǎn)稱DFIG) 在低電壓穿越過程中的轉(zhuǎn)子變流器旁路保護(hù)。采用該保護(hù)方法進(jìn)行控制時(shí)，轉(zhuǎn)子變流器失 去對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制，暫態(tài)特性完全取決于撬棒電路的參數(shù)，撬棒電阻的整定阻值是雙饋 風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越和適時(shí)恢復(fù)交流勵(lì)磁的關(guān)鍵因素。撬棒電路觸發(fā)期間的定轉(zhuǎn)子 暫態(tài)電流解析是實(shí)現(xiàn)該參數(shù)整定的技術(shù)瓶頸。
[0003] 目前雙饋發(fā)電機(jī)撬棒電阻整定方法主要有3類方法：
[0004] 1)根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)和電網(wǎng)電壓跌落特性，通過低電壓穿越電磁仿真實(shí)現(xiàn)參數(shù)整 定。由于該方法的物理過程不明確，需要在多種工況下分別進(jìn)行仿真，計(jì)算成本高。
[0005] 2)忽略雙饋發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子電阻的條件下，通過觸發(fā)期間的定轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流解析， 為確保低電壓穿越過程轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流和直流母線電壓不超越限值，實(shí)現(xiàn)撬棒電阻整定。該 方法存在誤差，且誤差限難以確定，僅能對(duì)工程應(yīng)用提供參考。
[0006] 3)通過定轉(zhuǎn)子瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)，在時(shí)域中分析低電壓穿越過程中的繞組最大暫態(tài)電 流，但是定轉(zhuǎn)子的暫態(tài)直流電流是近似直流，實(shí)際上是以較緩慢的角頻率旋轉(zhuǎn)，且誤差產(chǎn)生 原因不明，需要結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。
[0007] 由此可見，當(dāng)前，雙饋發(fā)電機(jī)組撬棒電阻整定多依賴實(shí)驗(yàn)試探、工程經(jīng)驗(yàn)、仿真或 近似計(jì)算的方法，上述方法均存在成本高、周期長(zhǎng)、電阻整定范圍不明確、撬棒電路觸發(fā)后 轉(zhuǎn)子變流器被旁路的可靠性難以保證的問題。
[0008] 在此前提下，通過雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在撓棒電路觸發(fā)過程中的定轉(zhuǎn)子電流解析，計(jì) 算不同轉(zhuǎn)速、不同撬棒電阻條件下的暫態(tài)過程撬棒電路線電壓上限，得到撬棒電阻整定值 的約束條件，對(duì)于確保撬棒電路觸發(fā)期間轉(zhuǎn)子變流器的可靠旁路、提高發(fā)電機(jī)組低電壓可 靠性和降低撬棒電路參數(shù)設(shè)計(jì)難度，均有顯著意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)難題，提出一種基于Laplace變換和反變換的定轉(zhuǎn)子暫態(tài)電 流計(jì)算方法，該解析方法適用于任意跌落深度的電網(wǎng)電壓平衡或不平衡故障。通過Laplace 變換，在頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)撬棒電路觸發(fā)后定轉(zhuǎn)子電流零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)的求解和疊加。 采用Laplace反變換，求解定轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流的時(shí)域解。
[0010 ]通過分析定轉(zhuǎn)子電流在頻域和時(shí)域的求解所得解析表達(dá)式的物理特性，計(jì)算不同 轉(zhuǎn)速、不同撬棒電阻條件下撬棒電路觸發(fā)后的線電壓上限，依據(jù)該上限值得到撬棒電阻阻 值的約束條件，確保轉(zhuǎn)子變流器在撬棒電路觸發(fā)期間被可靠旁路。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于頻域解析的DFIG撬棒電阻整定約束計(jì) 算方法，其特征是，參數(shù)定義：
[0012] W，定子靜止坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電壓，W轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電壓
[0013] 定子靜止坐標(biāo)系中的定子電壓
[0014] C定子靜止坐標(biāo)系中的定子電流，C定子靜止坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電流
[0015] C轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的定子電流，尤轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電流
[0016] W定子靜止坐標(biāo)系中的定子磁鏈，< 定子靜止坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈
[0017] Rs定子電阻，Rr轉(zhuǎn)子回路總電阻
[0018]心4專子繞組電阻，Rc轉(zhuǎn)子撬棒電阻
[0019] Lss定子漏感，Lrs轉(zhuǎn)子漏感
[0020] Lm定轉(zhuǎn)子互感，Ls定子電感，Lr轉(zhuǎn)子電感
[0021] Lrr由轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的穿過氣隙的自感
[0022] NrkNr定子有效匝數(shù)
[0023] NskNs轉(zhuǎn)子有效匝數(shù)
[0024] k繞組折算系數(shù)
[0025] ω:電網(wǎng)電壓同步轉(zhuǎn)速，cor轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角速度
[0026] 0r定子A相繞組與轉(zhuǎn)子a相繞組之間的角度
[0027] Udc四象相變流器直流母線電壓設(shè)定值
[0028] pn發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)
[0029] 0spQ電網(wǎng)電壓跌落時(shí)刻正序電壓，0snQ電網(wǎng)電壓跌落時(shí)刻負(fù)序電壓的初相角
[0030] t/二電網(wǎng)電壓跌落后正序電壓的矢量模，電網(wǎng)電壓跌落后負(fù)序電壓的矢量模
[0031] Re對(duì)復(fù)數(shù)求取實(shí)部的算子
[0032] Im對(duì)復(fù)數(shù)求取虛部的算子；
[0033] 參數(shù)上標(biāo)定義：
[0034]-空間矢量 [0035] s定子坐標(biāo)系，
[0036] r轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系
[0037] '經(jīng)繞組折算后的數(shù)值；
[0038] 參數(shù)下標(biāo)定義：
[0039] α定子兩相靜止坐標(biāo)系α軸，
[0040] β定子兩相靜止坐標(biāo)系辟由
[0041 ] S 定子，
[0042] r 轉(zhuǎn)子；
[0043] 包括以下步驟：
[0044] 1)在定子靜止坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的定、轉(zhuǎn)子電壓空間矢量方程分別為：
[0045]
[0046]
[0047] 在定轉(zhuǎn)子相數(shù)相同的條件下，由繞組折算系獎(jiǎng)
根據(jù)(式lb)進(jìn)行繞組歸算得到：
[0048]
[0049] 經(jīng)過繞組歸算，Lrr'等于Lm' ；通過(式2)計(jì)算得：
[0050]
[0051] 在定子靜止坐標(biāo)系中，（式3)表示為：
[0052]
[0053] 由（式4)得定子兩相靜止坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電壓方程：
[0054]
[0055] 考慮電網(wǎng)電壓跌落to時(shí)刻的電流初值，由（式5)進(jìn)行Lap lace變換得：
[0056]
[0057]
[0058]
[0059] 電網(wǎng)電壓跌落后的空間矢量表達(dá)式為：
[0060]
[0061 ] 對(duì)(式8)進(jìn)行Laplace變換可得：
[0062]
[0063]考慮電網(wǎng)電壓跌落to時(shí)刻的磁鏈初值，對(duì)(式la)進(jìn)行Laplace變換得：
[0064]
[0065] 2)定子暫態(tài)電流計(jì)算
[0066] 電網(wǎng)電壓跌落后，觸發(fā)撬棒電路對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行短接，通過零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入 響應(yīng)對(duì)定子的暫態(tài)電流進(jìn)行計(jì)算；
[0067] 將(式7)、（式9)代入(式10)，得在頻域中的表達(dá)式為：
[0068]
[0070]
[0069] 式中U和匕分別為定子暫態(tài)電流在定子靜止坐標(biāo)系的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)， 表達(dá)式分別為：
[0072] 式中 Al = S2Lr，Ls_S2Lm，2 + sLr，Rs + sRr，Ls_S j ω rLr，Ls + S j ω rLm，2_ j ω rLr，Rs+Rr，Rs ; NUM1(s)和NUM2(s)為表達(dá)式的替代分子，DEN1(s)和DEN 2(s)為表達(dá)式的替代分母；[0073] 計(jì)算NIM (s) /DENi (s)表達(dá)式的四個(gè)極點(diǎn)為：
[0071]
[0074]
[0075] 計(jì)算NUM2(S)/DEN2(s)表達(dá)式的兩個(gè)極點(diǎn)為：
[0076]
[0077] 對(duì)DEN! (s)和DEN2 (s)進(jìn)行求導(dǎo)，得到dDENi (an) /ds和dDEN2 (bn) /ds ;由于Re (ai)= Re(a2) = 0，且Re(a3)、Re(a4)、Re(bi)和Re(b2)為非零，在定子兩相靜止坐標(biāo)系中，通過反 Laplace變換可得電網(wǎng)電壓跌落、撬棒電路觸發(fā)后的定子暫態(tài)電流的表達(dá)式為：
[0078]
[0079] -l/ReUsh-l/ReUah-l/ReaiWP-l/Rea〗）分別為各暫態(tài)分量的衰減時(shí)間常 數(shù)；
[0080] 3)轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流計(jì)算
[0081] 將U和G代入(式6)，得到電網(wǎng)電壓跌落、觸發(fā)撬棒電路對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行短接后， 轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流在定子兩相靜止坐標(biāo)系的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)：
[0082]
[0083]
[0084] 式中，NUM3(s)和NUM4(s)為表達(dá)式的替代分子，DEN3(s)和DEN4(s)為表達(dá)式的替代 分母；
[0085] U的五個(gè)極點(diǎn)表達(dá)式為：
[0086]
[0087] C的三個(gè)極點(diǎn)表達(dá)式為：
[0088]
[0089] 通過對(duì)DEN3 (s)和DEN4(s)求導(dǎo)，得到dDEN3 (cn) /ds和dDEN4(dn)/ds ;由于Re (c2)= 1^(〇3)=0，且1^(〇1)、1^(〇4)、1^(〇5)、1^((11)、1^((12)和1^((13)為非零，在定子兩相靜止坐標(biāo) 系中，通過反Laplace變換得電網(wǎng)電壓跌落、撬棒電路觸發(fā)后的轉(zhuǎn)子穩(wěn)、暫態(tài)電流的表達(dá)式 分別為：
[0090]
[0091]
[0092] -1/Re(ci)，-l/Re(C4)，-l/Re(C5) ^l/RdcU)，_1/Re(d2)和_1/Re(d3)分別為各暫 態(tài)分量的衰減時(shí)間常