[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

摘要

本发明公开了一种电流频域解析的双馈风力发电机撬棒电阻整定方法，通过频域计算，实现了双馈风力发电机在低电压穿越过程中撬棒电路触发后的定转子电流解析。以在暂态过程中撬棒电路最大线电压不超过四象限变流器直流母线电压为约束，撬棒电路触发后转子变流器被可靠旁路的条件下，对于不同撬棒电阻阻值，存在设计转速范围内的某一转速点，使得撬棒电路触发后的某一频率转子电流暂态分量衰减速度达到最小极值。该撬棒电阻整定方法，使该最小极值达到最大极值，约束了低电压穿越、撬棒触发后转子暂态电流衰减速度的下限，确保转子变流器恢复交流励磁的响应时间。

主权项

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IrN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；Rs定子电阻，Rr转子回路总电阻Rrw转子绕组电阻，Rc转子撬棒电阻Lsσ定子漏感，Lrσ转子漏感Lm定转子互感，Ls定子电感，Lr转子电感Lrr由转子绕组产生的穿过气隙的自感NrkNr定子有效匝数NskNs转子有效匝数k绕组折算系数ω1电网电压同步转速，ωr转子旋转电角速度θr定子A相绕组与转子a相绕组之间的角度Udc四象相变流器直流母线电压设定值pn发电机极对数θsp0电网电压跌落时刻正序电压，θsn0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，Lrr'等于Lm'；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＝s2Lr'Ls‑s2Lm'2+sLr'Rs+sRr'Ls‑sjωrLr'Ls+sjωrLm'2‑jωrLr'Rs+Rr'Rs；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(an)/ds和dDEN2(bn)/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(cn)/ds和dDEN4(dn)/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Rr'包括经绕组折算后的转子绕组电阻Rrw'和经绕组折算后的转子撬棒电阻Rc'，即Rr'＝Rrw'+Rc'，设定设双馈发电机电角转速范围为ωr∈[K1ω1,K2ω1]，其中K1∈(0,1]且K2∈[1,2)；以ωr∈[K1ω1,K2ω1]为约束条件，令x为ωr的自变量，构建函数ωr(nx)＝K1ω1+0.314x，其中x为非负整数(x＝0,1,2,3,...)，得到由ωr(nx)构成的序列ωse；令y为Rc'的自变量，以为限定范围，构建函数Rc'(my)＝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Rc'＝Rc'(m0)，Rc'(m0)表示y＝0时的电阻值，将序列ωse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ωse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(mP)，P∈非负整数集合，mP∈{m0,m1,m2,...}；根据公式Rc'(my)＝10‑3y得到Rc'(mP)＝10‑3P；经绕组折算，得到转子撬棒电阻Rc的整定值Rc＝k2·Rc'(mP)。