[发明专利]混合风电场输出工频短路电流计算方法

摘要

本发明公开了一种混合风电场输出工频短路电流计算方法，首先将混合风电场各机组的故障过程分为故障瞬间和故障持续两个阶段；在故障瞬间，建立故障穿越控制启动前的混合风电场故障工频等效电路，求解获得故障瞬间各机组机端电压，从而确定各机组故障穿越控制；在故障持续阶段，根据各机组故障穿越控制，利用修正表达式计算每台双馈风电机组的工频短路电流，根据直驱风电机组故障电流定值计算混合风电场输出的工频短路电流。本方法能够提高大容量混合风电场短路电流计算的准确性，可以进一步用于大规模新能源电力系统的暂态分析、故障保护和控制的研究和实施。

主权项

1.混合风电场输出工频短路电流计算方法，其特征在于：首先将混合风电场各机组的故障过程分为故障瞬间和故障持续两个阶段；在故障瞬间，建立故障穿越控制启动前的混合风电场故障工频等效电路，通过电路求解获得故障瞬间各机组机端电压，从而确定各机组故障穿越控制；在故障持续阶段，根据各机组故障穿越控制，利用修正表达式计算每台双馈风电机组的工频短路电流，根据直驱风电机组故障电流定值计算混合风电场输出的工频短路电流；具体计算步骤包括：1)根据双馈风电机组和直驱风电机组参数和故障前机组的运行状态，计算双馈风电机组和直驱风电机组稳态运行时的功率参考值矢量和其中P_{sref_D}、Q_{sref_D}分别为双馈风电机组稳态运行时有功功率参考值和无功功率参考值；其中P_{sref_P}、Q_{sref_P}分别为直驱风电机组稳态运行时有功功率参考值和无功功率参考值；2)故障穿越控制启动前的双馈风电机组和直驱风电机组等值模型分别为其中，上标*表示功率参考值矢量的共轭；uf|0|：故障瞬间双馈风电机组和直驱风电机组的机端电压矢量；if|0|_D：故障瞬间双馈风电机组输出的短路电流矢量；if|0|_P：故障瞬间直驱风电机组输出的短路电流矢量；根据上述等值模型建立故障瞬间的风电场等效电路并与电网故障等效电路相连形成混合风电场故障工频等效电路，通过电路求解获得故障瞬间的风电机组机端电压uf|0|；3)根据故障瞬间的机端电压uf|0|，判断风电场中双馈风电机组转子保护动作情况；当|uf|0||＜|uop|时不会发生转子过流或直流母线过压，不启动转子保护；当|uf|0||≥|uop|将发生转子过流或直流母线过压，启动转子保护；其中，uop为双馈风电机组转子保护启动的机端电压阈值矢量；根据故障瞬间的机端电压uf|0|，计算直驱风电机组故障穿越控制的有功和无功电流，计算公式为ifrd_P：直驱风电机组在故障穿越控制启动后的有功电流；ifrq_P：直驱风电机组在故障穿越控制启动后的无功电流；i0d_P：直驱风电机组在稳态运行时有功电流；imax_P：直驱风电机组网侧变流器输出电流最大允许值；4)根据并联风电机组数量，利用双馈风电机组工频短路电流的修正表达式，计算风电场中任一双馈风电机组的工频短路电流；对于采用转子保护的故障穿越控制的双馈风电机组，工频短路电流的修正表达式为：对于采用无功输出的故障穿越控制的双馈风电机组，工频短路电流的修正表达式为：mD：双馈风电机组数量；mP：直驱风电机组数量；ifr_D：混合风电场中任意一台双馈风电机组采用转子保护的故障穿越控制时输出工频短路电流矢量；ifr_P：直驱风电机组在故障穿越控制启动后的工频短路电流矢量；ifr_P＝ifrd_P+jifrq_P；ifnr_D：混合风电场中任意一台双馈风电机组采用无功输出的故障穿越控制时输出工频短路电流矢量；其中，Z_D＝jX_T‑Z_e，Z_G＝Z_g+Z_tl，复合电压为：采用无功输出的故障穿越控制的双馈风力发电机组功率参考值矢量，其中P_{fref_D}、Q_{fref_D}分别为双馈风电机组采用无功输出的故障穿越控制时的有功功率参考值和无功功率参考值；eg：无穷大电源电压矢量；Zg：无穷大电源内阻抗；Ztl：输电线阻抗；XT：风电机组升压变等效电抗；Zf：故障点过渡阻抗；Z_e：双馈风电机组在采用转子保护的故障穿越控制时的暂态工频等效阻抗，具体表达式为其中L_{s_D}、L_{r_D}分别为定、转子电感，R_{rc_D}＝R_{r_D}+R_{c_D}为转子电阻R_{r_D}和转子保护电阻R_{c_D}之和，ω_s同步转速，ω_p＝ω_s‑ω_r为转差速，ω_r为转子转速；j为虚数单位；σ为双馈风电机组的漏磁系数，L_s、L_r、L_m分别为双馈风电机组的定子等效电感、转子等效电感和激磁电感；5)根据双馈风电机组修正后的工频短路电流和直驱风电机组故障穿越控制的电流定值，计算混合风电场输出的工频短路电流ihwf，计算公式为