本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種對(duì)稱故障下基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
：隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中滲透率的提高，為了保持電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，各國紛紛制定了風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)規(guī)范，其中低電壓穿越要求最受關(guān)注。雙饋風(fēng)電機(jī)組因其具有調(diào)速范圍寬、變速恒頻、有功無功解耦控制、勵(lì)磁變流器容量小等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今市場(chǎng)的主流風(fēng)電機(jī)型。然而，由于雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子與電網(wǎng)直接相連，其對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)十分敏感；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生深度故障時(shí)，定子磁鏈中的暫態(tài)和負(fù)序分量會(huì)在雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)激勵(lì)出遠(yuǎn)高于直流母線電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，容易導(dǎo)致變流器出現(xiàn)過流問題。目前，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種改進(jìn)勵(lì)磁控制方法來提高電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組過流抑制能力，主要分為兩類：一類是改進(jìn)轉(zhuǎn)子電流控制器，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器通過輸出較高的電壓來抑制故障電流；另一類是改變故障期間的轉(zhuǎn)子電流控制指令，通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子電流中各頻率分量的配置來避免過流。但是，這兩類改進(jìn)勵(lì)磁控制方法的控制效果和適用的故障工況均受到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量的限制，即勵(lì)磁控制方法的極限與機(jī)組硬件密切相關(guān)。目前，已有一些文獻(xiàn)研究了電網(wǎng)故障時(shí)雙饋風(fēng)電機(jī)組在勵(lì)磁控制方法下的故障穿越能力，但主要是在典型的直流母線電壓下進(jìn)行基于勵(lì)磁控制方法的仿真，根據(jù)仿真結(jié)果中轉(zhuǎn)子故障電流峰值是否超過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大允許電流為判據(jù)來判斷雙饋風(fēng)電機(jī)組的有效運(yùn)行區(qū)域。上述的結(jié)論均通過仿真獲得，因此僅適用于所用的控制方法和機(jī)組參數(shù)，其準(zhǔn)確性也受到所用控制方法的約束，即所用控制方法可能沒有充分利用機(jī)組硬件條件。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述現(xiàn)有理論和現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明提出了一種對(duì)稱故障下基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越評(píng)估方法，用來評(píng)估基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組對(duì)于對(duì)稱故障的穿越能力。本發(fā)明提供了一種對(duì)稱故障下基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越評(píng)估方法，包括下述步驟：S1：獲得對(duì)稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值；S2：根據(jù)所述轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組的故障穿越能力進(jìn)行評(píng)估。本發(fā)明通過獲得對(duì)稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值與機(jī)組參數(shù)、故障前初始工況、電網(wǎng)電壓跌落深度等多種因素間的簡化解析表達(dá)式；基于該簡化表達(dá)式可以得到對(duì)稱故障下勵(lì)磁控制方法的極限，進(jìn)而評(píng)估基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組對(duì)于對(duì)稱故障的穿越能力；此外，該簡化解析表達(dá)式也可以用來指導(dǎo)雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量的設(shè)計(jì)。更進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟S1具體為：S11：獲取雙饋風(fēng)電機(jī)組的機(jī)組參數(shù)，雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子三相電壓Usabc、直流母線電壓Udc和轉(zhuǎn)子三相電流Irabc，并網(wǎng)點(diǎn)電壓的角頻率ωs，以及雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子角頻率ωr；所述機(jī)組參數(shù)包括：定子自感Ls、轉(zhuǎn)子自感Lr和定轉(zhuǎn)子互感Lm；S12：根據(jù)所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓的角頻率ωs和轉(zhuǎn)子角頻率ωr獲得轉(zhuǎn)差角頻率ω2＝ωs-ωr和轉(zhuǎn)差率并將所述轉(zhuǎn)差角頻率ω2進(jìn)行積分后獲得轉(zhuǎn)差角θ2；S13：通過坐標(biāo)變換分別對(duì)所述定子三相電壓Usabc和轉(zhuǎn)子三相電流Irabc進(jìn)行abc/dq坐標(biāo)變換，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子電壓d軸分量Usd、定子電壓q軸分量Usq、轉(zhuǎn)子電流d軸分量Ird、轉(zhuǎn)子電流q軸分量Irq；S14：根據(jù)所述定子電壓d軸分量Usd和定子電壓q軸分量Usq獲得雙饋風(fēng)電機(jī)組在對(duì)稱故障前和故障后的定子電壓矢量的幅值Us、Us_fault；其中：Us_fault＝(1-p)Us，p為對(duì)稱電壓跌落深度；S15：根據(jù)所述雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子自感Ls、定轉(zhuǎn)子互感Lm，所述轉(zhuǎn)差率s、所述對(duì)稱故障前和故障后定子電壓矢量的幅值Us、Us_fault，獲得對(duì)稱故障時(shí)雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正序分量幅值Erpp和暫態(tài)自由分量幅值Ernp；其中：S16：根據(jù)所述直流母線電壓Udc和所述轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的暫態(tài)自由分量幅值Ernp，獲得轉(zhuǎn)子側(cè)各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的進(jìn)入角αi、半控角β；其中：S17：根據(jù)所述轉(zhuǎn)子電流d軸分量Ird、轉(zhuǎn)子電流q軸分量Irq，所述轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正序分量幅值Erpp、暫態(tài)自由分量幅值Ernp以及所述轉(zhuǎn)子側(cè)各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的進(jìn)入角αi、半控角β，獲得對(duì)稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值Irpmin。更進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟S2具體為：判斷最小故障電流峰值Irpmin是否小于等于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大允許電流Irmax，若是，則雙饋風(fēng)電機(jī)組能夠成功穿越該對(duì)稱故障；若否，則雙饋風(fēng)電機(jī)組不能成功穿越該對(duì)稱故障。更進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟S17中，對(duì)稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值Irpmin為：其中，σLr表示轉(zhuǎn)子側(cè)暫態(tài)電感，表示漏磁系數(shù)；Ird、Irq分別表示故障前轉(zhuǎn)子電流d軸分量和q軸分量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種對(duì)稱故障下基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越評(píng)估方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明通過獲得對(duì)稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值與機(jī)組參數(shù)、故障前初始工況、電網(wǎng)電壓跌落深度等多種因素間的簡化解析表達(dá)式；利用該簡化解析表達(dá)式可以得到對(duì)稱故障下勵(lì)磁控制方法的極限，進(jìn)而評(píng)估基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組對(duì)于對(duì)稱故障的穿越能力；此外，該簡化解析表達(dá)式也可以用來指導(dǎo)雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量的設(shè)計(jì)。(2)本發(fā)明所提方法不依賴于具體的勵(lì)磁控制方法和特定的機(jī)組參數(shù)，更具有通用性；(3)本發(fā)明所提方法可排除仿真或?qū)嶒?yàn)中各種干擾因素的影響如控制參數(shù)的合理性、觀測(cè)量的準(zhǔn)確性等，更適用于評(píng)估硬件條件約束下的勵(lì)磁控制方法的理論極限；(4)本發(fā)明所提方法準(zhǔn)確性高，易于實(shí)施，帶入具體的機(jī)組參數(shù)、故障前初始工況等數(shù)值便可以直接計(jì)算該轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值。附圖說明圖1為雙饋風(fēng)電機(jī)組的系統(tǒng)框圖；圖2為雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越評(píng)估方法示意圖；圖3為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的等效電路模型；圖4為故障期間轉(zhuǎn)子單相電流控制示意圖，其中：(a)為轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形，(b)為轉(zhuǎn)子單相電流波形；圖5為故障期間轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓方式示意圖，其中：(a)為轉(zhuǎn)子側(cè)三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形，(b)為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓波形，(c)為轉(zhuǎn)子三相電流波形；圖6為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓方式的簡化示意圖；圖7為不同故障初始角下電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落80％的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值；圖8為電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落80％的仿真圖，其中：(a)為故障初始角θe＝24°的轉(zhuǎn)子三相電流波形，(b)為故障初始角θe＝42°的轉(zhuǎn)子三相電流波形。圖9為不同工況下雙饋風(fēng)電機(jī)組所能穿越的最大故障深度，其中：(a)定子側(cè)以單位功率因數(shù)輸出50％額定功率時(shí)，雙饋風(fēng)電機(jī)組在不同轉(zhuǎn)子角頻率下所能穿越的最大故障深度，(b)定子側(cè)以單位功率因數(shù)輸出額定功率時(shí)，雙饋風(fēng)電機(jī)組在不同轉(zhuǎn)子角頻率下所能穿越的最大故障深度。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，雙饋風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括：采樣處理單元1、轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算單元2、控制角計(jì)算單元3、最小故障電流峰值計(jì)算單元4以及雙饋風(fēng)電機(jī)組主電路中的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。其中，采樣處理單元1的輸入端連接至雙饋電機(jī)的定轉(zhuǎn)子側(cè)和直流母線側(cè)，用于獲得定子電壓、轉(zhuǎn)子電流、直流母線電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)子角信號(hào)和并網(wǎng)點(diǎn)電壓相位角，其輸出端轉(zhuǎn)差角頻率ω2、并網(wǎng)點(diǎn)電壓角頻率ωs、定子電壓d軸分量Usd和定子q軸電壓Usq連接至轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算單元2的輸入端，輸出端直流母線電壓Udc連接至控制角計(jì)算單元3的輸入端，輸出端轉(zhuǎn)子電流d軸分量Ird和轉(zhuǎn)子電流q軸分量Irq連接至最小故障電流峰值計(jì)算單元4的輸入端；轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算單元2用于計(jì)算轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正序分量幅值和暫態(tài)自由分量幅值，其輸出端暫態(tài)自由分量幅值Ernp分別連接至控制角計(jì)算單元3、最小故障電流峰值計(jì)算單元4的輸入端；控制角計(jì)算單元3用于計(jì)算進(jìn)入角和半控角，其輸出端進(jìn)入角αi和半控角β連接至最小故障電流峰值計(jì)算單元4的輸入端；最小故障電流峰值計(jì)算單元4用于計(jì)算最小故障電流峰值。在本發(fā)明實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值的計(jì)算步驟為：(1)獲取雙饋風(fēng)電機(jī)組的機(jī)組參數(shù)，包括：定子自感Ls、轉(zhuǎn)子自感Lr和定轉(zhuǎn)子互感Lm；通過電壓、電流霍爾傳感器來檢測(cè)并采集雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子三相電壓Usabc、直流母線電壓Udc和轉(zhuǎn)子三相電流Irabc；使用鎖相環(huán)來獲取并網(wǎng)點(diǎn)電壓的角頻率ωs，采用編碼器來獲取雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子角頻率ωr；(2)根據(jù)步驟(1)中獲得的并網(wǎng)點(diǎn)電壓的角頻率ωs和轉(zhuǎn)子角頻率ωr，來獲得轉(zhuǎn)差角頻率ω2＝ωs-ωr，轉(zhuǎn)差率并將轉(zhuǎn)差角頻率ω2進(jìn)行積分來獲得轉(zhuǎn)差角θ2；(3)通過坐標(biāo)變換，分別對(duì)步驟(1)中獲得的定子三相電壓Usabc和轉(zhuǎn)子三相電流Irabc進(jìn)行abc/dq坐標(biāo)變換，來獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子電壓d軸分量Usd、定子電壓q軸分量Usq、轉(zhuǎn)子電流d軸分量Ird、轉(zhuǎn)子電流q軸分量Irq；(4)根據(jù)步驟(3)中獲得的定子電壓d軸分量Usd、定子電壓q軸分量Usq，來獲得雙饋風(fēng)電機(jī)組在對(duì)稱故障前和故障后的定子電壓矢量的幅值Us、Us_fault，其中：Us_fault＝(1-p)Us，p為對(duì)稱電壓跌落深度；(5)根據(jù)步驟(1)中獲得的雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子自感Ls、定轉(zhuǎn)子互感Lm，步驟(2)中獲得的轉(zhuǎn)差率s以及步驟(4)中獲得的對(duì)稱故障前和故障后定子電壓矢量的幅值Us、Us_fault，來獲得對(duì)稱故障時(shí)雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正序分量幅值Erpp和暫態(tài)自由分量幅值Ernp，其中：(6)根據(jù)步驟(1)中獲得的直流母線電壓Udc和步驟(5)中獲得的轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的暫態(tài)自由分量幅值Ernp，獲得轉(zhuǎn)子側(cè)各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的進(jìn)入角αi、半控角β，其中：(7)根據(jù)步驟(3)中獲得的轉(zhuǎn)子電流d軸分量Ird、轉(zhuǎn)子電流q軸分量Irq和步驟(5)中獲得的轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正序分量幅值Erpp、暫態(tài)自由分量幅值Ernp以及步驟(6)中獲得的轉(zhuǎn)子側(cè)各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的進(jìn)入角αi、半控角β，獲得對(duì)稱故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值的簡化解析表達(dá)式。式中，σLr表示轉(zhuǎn)子側(cè)暫態(tài)電感，表示漏磁系數(shù)；Ird、Irq分別表示故障前轉(zhuǎn)子電流d軸分量和q軸分量。上述的最小故障電流峰值的簡化解析表達(dá)式不依賴于具體的控制方法和特定的機(jī)組參數(shù)，更具有通用性；可排除仿真或?qū)嶒?yàn)中各種干擾因素的影響如控制參數(shù)的合理性、觀測(cè)量的準(zhǔn)確性等，更適用于評(píng)估機(jī)組硬件約束下的勵(lì)磁控制方法的理論極限；帶入具體的機(jī)組參數(shù)、故障前初始工況、電網(wǎng)電壓跌落深度便可以直接計(jì)算該轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性高，易于實(shí)施。如圖2所示，所述評(píng)估基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組對(duì)于對(duì)稱故障的穿越能力，具體為：根據(jù)轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值的簡化解析表達(dá)式，帶入具體的機(jī)組參數(shù)、故障前初始工況等數(shù)值以獲得最小故障電流峰值Irpmin，判斷Irpmin與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大允許電流Irmax之間的大小關(guān)系，具體為：若Irpmin≤Irmax，則雙饋風(fēng)電機(jī)組能夠成功穿越該對(duì)稱故障；若Irpmin＞Irmax，則雙饋風(fēng)電機(jī)組不能成功穿越該對(duì)稱故障。為更進(jìn)一步地說明本發(fā)明提出的一種對(duì)稱故障下基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組故障穿越評(píng)估方法，下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的工作原理。根據(jù)雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，電壓方程可表示為：式中，us代表定子電壓，Rs代表定子電阻，is代表定子電流，ψs代表定子磁鏈，ur代表轉(zhuǎn)子電壓，Rr代表轉(zhuǎn)子電阻，ir代表轉(zhuǎn)子電流，ψr代表轉(zhuǎn)子磁鏈，上標(biāo)s代表定子靜止坐標(biāo)系，上標(biāo)r代表轉(zhuǎn)子靜止坐標(biāo)系，下標(biāo)s代表定子側(cè)狀態(tài)量，下標(biāo)r代表轉(zhuǎn)子側(cè)狀態(tài)量。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生三相對(duì)稱故障，電壓跌落深度為p，由于磁鏈不能突變，故障后的定子磁鏈中會(huì)含有正序分量和暫態(tài)自由分量，激勵(lì)出的轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也含有相應(yīng)的正序分量和暫態(tài)自由分量，如圖3所示，轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)矢量可表示為：轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三相瞬時(shí)值為轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)矢量在轉(zhuǎn)子坐標(biāo)軸上的投影，可表示為：式中，era、erb、erc分別表示轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三相瞬時(shí)值，Erpp表示轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正序分量幅值，Ernp表示轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的暫態(tài)自由分量幅值，θe表示故障瞬間轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的故障初始角，其中由于轉(zhuǎn)子電流在故障瞬間不能發(fā)生突變，故障后轉(zhuǎn)子各相電流初值可表示為：式中，ira0、irb0、irc0分別表示故障后轉(zhuǎn)子三相電流初值，Ird、Irq分別表示故障前轉(zhuǎn)子電流d軸分量和q軸分量。轉(zhuǎn)子故障電流峰值Irp為：Irp＝Max(|ira|,|irb|,|irc|)(5)式中，ira、irb、irc分別為轉(zhuǎn)子三相故障電流，Max()表示取幾個(gè)量中的最大值。已有研究表明，轉(zhuǎn)子故障電流的峰值一般出現(xiàn)在故障后首個(gè)基波周期內(nèi)，同時(shí)由于開關(guān)器件的短時(shí)電流耐力主要針對(duì)電流峰值，所以本發(fā)明主要分析故障初期首個(gè)基波內(nèi)的轉(zhuǎn)子故障電流峰值，設(shè)故障初期首個(gè)基波內(nèi)轉(zhuǎn)子三相故障電流六個(gè)正負(fù)峰值分別為：irap、iran、irbp、irbn、ircp、ircn。在本發(fā)明實(shí)施例中，故障電流的最小峰值Irpmin具體為：如果轉(zhuǎn)子側(cè)變流器能夠同時(shí)最大程度抑制三相故障電流，則故障電流的峰值自然也最小。然而，在三相三線制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓間相互制約且轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓有限，通過合理分配轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓使得Irp最小，則此時(shí)的Irp為最小故障電流峰值Irpmin，即Irpmin為此時(shí)六個(gè)故障電流正負(fù)峰值的最大值。在本發(fā)明實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大程度抑制轉(zhuǎn)子單相故障電流，具體為：如圖4所示，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器瞬時(shí)輸出最大電壓為Urmax，轉(zhuǎn)子側(cè)單相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為erx，其中：erx為era、erb或erc。當(dāng)-Urmax＜erx＜Urmax，通過控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓可自由控制該相電流的上升或下降趨勢(shì)，定義-Urmax＜erx＜Urmax區(qū)域?yàn)殡娏髯杂煽煽貐^(qū)，記為CFCA；當(dāng)erx＞Urmax或erx＜-Urmax，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器無法改變?cè)撓嚯娏鞯淖兓厔?shì)，只能改變相電流上升或下降的速率，為便于統(tǒng)一，將電流下降稱為負(fù)向上升，則可定義erx＞Urmax和erx＜-Urmax區(qū)域?yàn)殡娏鞅厝簧仙齾^(qū)，記為CIRA，其中：erx＞Urmax區(qū)域?yàn)檎螂娏鞅厝簧仙齾^(qū)，記為P-CIRA，erx＜-Urmax區(qū)域?yàn)樨?fù)向電流必然上升區(qū)，記為N-CIRA。由圖4易知，t2和t4時(shí)刻的電流峰值較大，以t2時(shí)刻為例，說明最大程度抑制故障相電流。ir2＝ir1+Δir(6)式中：ir1、ir2分別表示該P(yáng)-CIRA開始和結(jié)束時(shí)的電流瞬時(shí)值，Δir表示此時(shí)段電流增量。如果不改變雙饋風(fēng)電機(jī)組硬件裝置，僅通過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器采用勵(lì)磁控制方法來抑制電流ir2，有且只有兩個(gè)方案。(1)通過上一個(gè)CFCA時(shí)段的控制來盡量減小P-CIRA時(shí)段的電流初值ir1；(2)在P-CIRA時(shí)段要求轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出正的最大電壓來減緩電流上升速率，從而減小電流增量。兩個(gè)方案可獨(dú)立采用、互不影響。同理，為抑制N-CIRA結(jié)束時(shí)刻t4的電流負(fù)峰值ir4，需要盡量提高電流初值ir3并在N-CIRA期間輸出負(fù)的最大電壓來延緩電流下降。在本發(fā)明實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓間相互制約且轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓有限，具體為：如表1所示，當(dāng)三相電流連續(xù)時(shí)，在三相三線制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的瞬時(shí)輸出電壓矢量只有八種，包括：UrAP、UrCN、UrBP、UrAN、UrCP、UrBP、UrZERO1、UrZERO2；每相的瞬時(shí)輸出電壓ura、urb和urc的值只有五種，包括：0。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的瞬時(shí)輸出三相電壓矢量不能同時(shí)達(dá)到最大值或所以八種輸出電壓矢量對(duì)各相電流峰值的抑制效果不同，具體如表1所示。表1轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓矢量在本發(fā)明實(shí)施例中，合理分配轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓，具體為：根據(jù)故障初始角θe判斷最易過流相，從而優(yōu)先抑制該相電流最大峰值irx，根據(jù)表1選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓矢量及作用時(shí)間，優(yōu)先最大程度地抑制該最大峰值irx；再根據(jù)后繼各CIRA出現(xiàn)的先后順序，選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓矢量及作用時(shí)間，進(jìn)而，得到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓的方式。在不增加或者盡量少增加該最大峰值irx的情況下降低其它五個(gè)峰值，只要確保微調(diào)后的該最大峰值irx仍然最大，便可將該峰值irx作為最小故障電流峰值。在本發(fā)明實(shí)施例中，為清楚地闡述所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓的方式，以下分析中均以irap為優(yōu)先抑制峰值為例，具體為：忽略故障瞬間轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跳變的影響，即認(rèn)為轉(zhuǎn)子側(cè)各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為連續(xù)變化的正弦波，則可根據(jù)CIRA的定義，獲得各相CIRA對(duì)應(yīng)的相角?？紤]在深度電網(wǎng)故障下，轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正序分量的幅值和頻率都遠(yuǎn)低于暫態(tài)自由分量，在計(jì)算故障后首個(gè)周期的電流值時(shí)，可將正序分量視為常數(shù)而僅以轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)暫態(tài)自由分量幅值來近似預(yù)估各個(gè)CIRA的起止時(shí)刻。A相的P-CIRA開始和結(jié)束時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相角分別為αi_a、αout_a，其中αi_a為A相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的進(jìn)入角。αout_a＝π-αi_a(8)當(dāng)A相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)故障初始角θe_a在A相進(jìn)入角αi_a附近時(shí)，A相正向過流壓力最大，此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓應(yīng)該優(yōu)先抑制A相電流正峰值irap。因轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三相且正負(fù)對(duì)稱，所以僅考慮θe_a＝αi_a±30°范圍，此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓方式如圖5所示。在本發(fā)明實(shí)施例中，圖5所示的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓方式中，如果在A相P-CIRA結(jié)束后，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓矢量立即由UrAP切換至UrCN，此后era存在時(shí)段，此時(shí)段A相故障電流將上升。為避免出現(xiàn)這種情況，在時(shí)段，讓UrAP再持續(xù)輸出一定時(shí)間來抑制A相故障電流。同理，可采取類似方法來抑制其他故障電流峰值。在本發(fā)明實(shí)施例中，為便于說明，如圖6所示，得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器三相輸出電壓方式的簡化示意圖。在已知轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電壓輸出方式的條件下，轉(zhuǎn)子各相故障電流的峰值大小及對(duì)應(yīng)時(shí)刻都是確定的，可以直接求得相應(yīng)的解析表達(dá)式。當(dāng)t＝tap即A相P-CIRA結(jié)束時(shí)刻，A相故障電流達(dá)到正峰值irap，具體解析表達(dá)式為：式中，t0表示故障發(fā)生時(shí)刻。當(dāng)t＝tbp即B相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值下降到的時(shí)刻，B相故障電流達(dá)到正峰值irbp，具體解析表達(dá)式為：式中，βa表示A相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)上升到時(shí)的相位即A相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的半控角，其中：當(dāng)t＝tcn即C相轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值上升到的時(shí)刻，C相故障電流達(dá)到負(fù)峰值ircn，具體解析表達(dá)式為：根據(jù)前述的避免在P-CIRA結(jié)束后時(shí)段，A相故障電流上升，設(shè)此時(shí)段內(nèi)電壓矢量UrAP輸出時(shí)間為tab，時(shí)間tab的確定原則為此時(shí)段內(nèi)A相電流的增量Δira為零，使得在抑制A、B相故障電流間獲得平衡。式中，t(π-βa)、t(π-αi_a)分別表示該時(shí)段內(nèi)的時(shí)刻。根據(jù)式(12)，計(jì)算得到tab：當(dāng)t＝tbn即B相N-CIRA結(jié)束時(shí)刻，B相故障電流達(dá)到負(fù)峰值irbn，具體解析表達(dá)式為：同理，可分別得到C相電流正峰值ircp和A相電流負(fù)峰值iran，具體解析表達(dá)式為：在本發(fā)明實(shí)施例中，為防止轉(zhuǎn)子側(cè)變流器全力抑制所述該最大峰值irap，而犧牲了對(duì)其他峰值的抑制，導(dǎo)致三相電流的最大值出現(xiàn)在其他峰值，所以需要微調(diào)所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電壓輸出方式。在本發(fā)明實(shí)施例中，所述微調(diào)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電壓輸出方式，以ircn＞irap為例，具體為：將原本輸出UrAP的部分時(shí)段改為輸出UrCN，從而減小ircn，使得調(diào)整后的i′rap＝i′rcn，確保i′rap仍為各故障電流峰值中的最大值。同理，當(dāng)其他峰值大于irap，可以得到對(duì)應(yīng)的微調(diào)方式。經(jīng)過微調(diào)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電壓輸出方式后，轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值為：在本發(fā)明實(shí)施例中，故障初始角θe_a不同，轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值Irpmin也會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，基本趨勢(shì)是在θe_a＝αi_a附近較小，而在θe_a＝αi_a-30°或θe_a＝αi_a+30°附近較大且基本相同。進(jìn)而，可以用θe_a＝αi_a-30°對(duì)應(yīng)的irap和ircn絕對(duì)值的平均值近似作為最小故障電流峰值Irpmin。綜上所述，最小故障電流峰值Irpmin的簡化解析表達(dá)式為：式中，σLr表示轉(zhuǎn)子側(cè)暫態(tài)電感，表示漏磁系數(shù)。式(19)為轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值Irpmin的簡化解析表達(dá)式，本發(fā)明僅以A相故障電流正峰值為優(yōu)先抑制項(xiàng)為例來闡述該簡化解析表達(dá)式的推導(dǎo)過程，但，該簡化解析表達(dá)式適用于對(duì)稱故障下的全工況。在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)式(19)，帶入具體的機(jī)組參數(shù)、故障前初始工況等數(shù)值便可以直接計(jì)算該轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值Irpmin，判斷Irpmin與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的最大允許電流Irmax之間的大小關(guān)系，若Irpmin≤Irmax，則雙饋風(fēng)電機(jī)組能夠成功穿越該對(duì)稱故障；若Irpmin＞Irmax，則雙饋風(fēng)電機(jī)組不能成功穿越該對(duì)稱故障，從而，評(píng)估基于勵(lì)磁控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組對(duì)于對(duì)稱故障的穿越能力。根據(jù)轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值的簡化解析表達(dá)式，可以得到雙饋風(fēng)電機(jī)組在給定工況下能夠成功穿越最大故障深度所需的最小故障電流峰值，可以用來指導(dǎo)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量的設(shè)計(jì)。以下是本發(fā)明所提方法的一個(gè)實(shí)施例：本發(fā)明以一臺(tái)典型參數(shù)下的1.5MW的雙饋風(fēng)電機(jī)組為例，進(jìn)行仿真研究，機(jī)組參數(shù)如表2所示。故障前，雙饋電機(jī)以超同步20％運(yùn)行即s＝-0.2，定子側(cè)以單位功率因數(shù)輸出額定功率，電網(wǎng)電壓發(fā)生三相對(duì)稱跌落，跌落深度為80％，故障期間假設(shè)直流母線電壓保持不變。表21.5MW雙饋風(fēng)電機(jī)組仿真參數(shù)參數(shù)符號(hào)數(shù)值額定功率PsN1.5MW額定定子電壓UsN690V額定電網(wǎng)頻率fsN50Hz極對(duì)數(shù)psN2對(duì)極定轉(zhuǎn)子變比nsr1∶2.5定子電阻Rs2.24mΩ定子漏感Lls0.173mH轉(zhuǎn)子電阻Rr1.59mΩ轉(zhuǎn)子側(cè)漏感Llr0.158mH互感Lm2.93mH額定直流母線電壓Udc1200V根據(jù)本發(fā)明提供的方法，獲得計(jì)算轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值所需的各量：Ernp＝1276.8V，Erpp＝-53.2V，Udc＝1200V，Ird＝752A，Irq＝249A，ωr＝377rad/s，σLr＝2.066mH，αi＝38.8°，β＝18.3°，根據(jù)式(19)，獲得最小故障電流峰值Irpmin為1558A。如圖7所示，根據(jù)式(17)獲得不同故障初始角下的轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值，在1423A～1585A范圍內(nèi)波動(dòng)，可見在誤差允許的范圍內(nèi)，可以用式(19)代替式(17)來獲得轉(zhuǎn)子最小故障電流峰值。如圖8(a)所示，t＝0.215s時(shí)刻發(fā)生三相電壓對(duì)稱跌落80％，轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)故障初始角θe＝24°，故障電流峰值1575A；如圖8(b)所示，t＝0.22s時(shí)刻發(fā)生三相電壓對(duì)稱跌落80％，轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)故障初始角θe＝42°，故障電流峰值1460A。根據(jù)圖7所示，故障初始角θe＝24°對(duì)應(yīng)的理論峰值為1580A，故障初始角θe＝42°對(duì)應(yīng)的理論峰值為1480A，與理論值的誤差在1％內(nèi)。如圖9所示，通過適當(dāng)提高轉(zhuǎn)子電流所允許的最大值Irmax，可以顯著提高雙饋風(fēng)電機(jī)組所能穿越的最大電網(wǎng)故障深度，可以指導(dǎo)雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量的設(shè)計(jì)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3