權(quán)利要求書： 1.一種計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的解析方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：根據(jù)雙饋風(fēng)機等效電路圖得到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下DFIG數(shù)學(xué)模型，以撬棒保護動時刻為分界點，將故障過程分成兩個階段：第一階段是電網(wǎng)發(fā)生三相短路，撬棒保護未動作；第二階段是撬棒保護動作；以磁鏈作為兩個階段的橋梁進行銜接，將第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值作為第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈的初值；

步驟二：根據(jù)DFIG數(shù)學(xué)模型，求取雙饋風(fēng)機穩(wěn)態(tài)運行時定子正常電流和轉(zhuǎn)子正常電流；

根據(jù)DFIG數(shù)學(xué)模型求取DFIG定子故障分量電壓和轉(zhuǎn)子故障分量電壓以及定子故障分量磁鏈方程和轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈方程，聯(lián)立DFIG定子故障分量磁鏈方程和轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈方程，推導(dǎo)出定子故障分量電流方程和轉(zhuǎn)子故障分量電流方程；根據(jù)磁鏈守恒原則，求取定子故障分量磁鏈解析式；根據(jù)轉(zhuǎn)子故障分量電壓方程、轉(zhuǎn)子故障分量電流方程以及定子故障分量磁鏈解析式，采用拉氏和反拉氏變換法求取轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈解析式；將定子故障分量磁鏈解析式和轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈解析式代入定子故障分量電流方程和轉(zhuǎn)子故障分量電流方程中，求得定子故障分量電流解析式和轉(zhuǎn)子故障分量電流解析式；將定子正常電流和轉(zhuǎn)子正常電流與定子故障分量電流和轉(zhuǎn)子故障分量電流相疊加，求得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第一階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式；將第一階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系下，最后得到三相靜止坐標(biāo)系下第一階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式；

步驟三：由DFIG的數(shù)學(xué)模型得到第二階段定子電壓方程和轉(zhuǎn)子電壓方程以及定子磁鏈方程和轉(zhuǎn)子磁鏈方程；由第二階段定子和轉(zhuǎn)子磁鏈方程，推導(dǎo)出定子電流方程和轉(zhuǎn)子電流方程；根據(jù)磁鏈守恒原則求得第二階段定子磁鏈解析式；根據(jù)第二階段轉(zhuǎn)子電壓方程、轉(zhuǎn)子電流方程和定子磁鏈解析式，采用拉氏和反拉氏變換法，求得第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈解析式；將第二階段定子磁鏈解析式和轉(zhuǎn)子磁鏈解析式代入第二階段定子電流方程和轉(zhuǎn)子電流方程中，求得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式；將第二階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系下，最后得到三相靜止坐標(biāo)系下第二階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式；

步驟四：由步驟二中三相靜止坐標(biāo)系下第一階段DFIG的定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式以及步驟三中三相靜止坐標(biāo)系下第二階段DFIG的定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式，得到DFIG的定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的解析方法，其特征在于，所述dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的數(shù)學(xué)模型為：其中， 和 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子額定電壓和轉(zhuǎn)子額定電壓；和分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流和轉(zhuǎn)子電流； 和 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈；Rs和Rr分別為定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻；Ls和Lr分別為定子自感和轉(zhuǎn)子自感，其中Ls＝Lm+Lσs，Lr＝Lm+Lσr，Lσs為定子漏感，Lσr為轉(zhuǎn)子漏感，Lm為定子和轉(zhuǎn)子之間的互感；ω1為同步轉(zhuǎn)速；ωr為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；s＝(ω1-ωr)/ω1為轉(zhuǎn)差率； 為虛單位。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的解析方法，其特征在于，所述步驟二的具體步驟為：電網(wǎng)發(fā)生三相短路時，DFIG機端電壓對稱跌落，跌落后的機端電壓表示為故障前機端電壓和反向電壓疊加，反向電壓大小為機端電壓跌落大小，方向與機端電壓相反，DFIG定子三相短路電流為定子正常電流與故障分量電流相疊加，DFIG轉(zhuǎn)子三相短路電流為轉(zhuǎn)子正常電流與故障分量電流相疊加；

(1)求取DFIG定子正常電流和轉(zhuǎn)子正常電流

DFIG穩(wěn)態(tài)運行時，在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈均為靜止矢量，忽略定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈以及電阻的變化；穩(wěn)態(tài)運行時DFIG的定子電壓方程和轉(zhuǎn)子電壓方程為：將定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈代入并化簡得到穩(wěn)態(tài)運行時DFIG的電壓方程為：對其求解，得到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG定子正常電流和轉(zhuǎn)子正常電流表達式為：其中， 分別為定、轉(zhuǎn)子正常電流； 表示等效電感；

(2)求取定子短路故障分量電流和轉(zhuǎn)子短路故障分量電流

①求取DFIG定子故障分量電壓、轉(zhuǎn)子故障分量電壓、定子故障分量磁鏈方程和轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈方程假設(shè)故障期間轉(zhuǎn)子電壓保持不變，故障后DFIG機端電壓跌落至(1-k)倍的額定電壓，定子電壓跌落程度系數(shù)為k，疊加的反向電壓為其中， 為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子故障分量電壓，轉(zhuǎn)子故障分量電壓為0；

和 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子故障分量電流和轉(zhuǎn)子故障分量電流； 和分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子故障分量磁鏈和轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈；

定子故障分量電流和轉(zhuǎn)子故障分量電流方程為：

②求取定子故障分量磁鏈解析式

假設(shè)t0時刻系統(tǒng)發(fā)生三相短路對稱故障，定子故障分量磁鏈不會發(fā)生突變，故障后的定子磁鏈有兩個分量：一是與故障后機端故障分量電壓相對應(yīng)的定子磁鏈穩(wěn)態(tài)分量；二是與電壓變換部分相對應(yīng)的定子故障分量磁鏈對應(yīng)的暫態(tài)分量，該分量以定子時間常數(shù)衰減，定子故障分量磁鏈 為：其中，τs＝RsLr/LD，τs為定子時間衰減常數(shù)；t為時間，tc為撬棒保護動作時刻；

③求取轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈解析式

將轉(zhuǎn)子故障分量電壓方程、轉(zhuǎn)子故障分量電流方程以及定子故障分量磁鏈解析式進行拉氏變換：復(fù)頻域下轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈為：

對上式進行反拉氏變換，得時域下轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈的表達式為：其中，τr＝RrLs/LD

④求取定子故障分量電流和轉(zhuǎn)子故障分量電流解析式

將所求的定子故障分量磁鏈和轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈表達式代入定子故障分量電流和轉(zhuǎn)子故障分量電流方程，求得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下定子故障分量電流和轉(zhuǎn)子故障分量電流表達式為：其中，

(3)第一階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式第一階段定子三相短路電流和轉(zhuǎn)子三相短路電流為：

將第一階段定子三相短路電流和轉(zhuǎn)子三相短路電流從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變換到三相靜止坐標(biāo)系下為：其中， 分別為三相靜止坐標(biāo)系下第一階段定子A、B、C三相短路電流；

分別為三相靜止坐標(biāo)系下第一階段轉(zhuǎn)子a、b、c三相短路電流，Re表示取實部。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述一種計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的解析方法，其特征在于，所述步驟三的具體步驟為：tc時刻轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒保護動作，同時閉鎖DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，轉(zhuǎn)子電壓在撬棒保護動作瞬間跌落為零，此時以第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值作為第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈的初值，由dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG數(shù)學(xué)模型可知，計及Crowbar保護動作的DFIG的定子電壓方程和轉(zhuǎn)子電壓方程以及定子磁鏈方程和轉(zhuǎn)子磁鏈方程為：其中， 和 分別為dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子電流和轉(zhuǎn)子電流； 和 分別為dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈；Rrc為計及撬棒保護動作的轉(zhuǎn)子等效電阻，Rrc＝Rr+Rc，Rc為撬棒電阻；

第二階段定、轉(zhuǎn)子電流方程為：

①求取第二階段定子磁鏈解析式

撬棒保護動作后，定子磁鏈仍按原來的衰減速度變化，故定子磁鏈解析式為：②求取第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈解析式

將轉(zhuǎn)子電壓方程和轉(zhuǎn)子電流方程及定子磁鏈解析式進行拉氏變換，得復(fù)頻域下轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流及定子磁鏈方程為：其中， 表示Crowbar保護動作時轉(zhuǎn)子磁鏈的初始量， 為第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值，表示為：

其中，

復(fù)頻域下轉(zhuǎn)子磁鏈為：

其中，τc是投入Crowbar保護后轉(zhuǎn)子側(cè)的時間衰減常數(shù)，τc＝RrcLs/LD；

對上式進行反拉氏變換，得時域下轉(zhuǎn)子磁鏈解析式為：

其中，

③求取第二階段定子電流解析式和轉(zhuǎn)子電流解析式

將所求的定子磁鏈解析式和轉(zhuǎn)子磁鏈解析式代入定子電流方程和轉(zhuǎn)子電流方程，求得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子三相短路電流解析式和轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式：式中，

將定子三相短路電流和轉(zhuǎn)子三相短路電流從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變換到三相靜止坐標(biāo)系下為：其中， 分別為三相靜止坐標(biāo)系下第二階段定子A、B、C三相短路電流；

分別為三相靜止坐標(biāo)系下第二階段轉(zhuǎn)子a、b、c三相短路電流。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的解析方法，其特征在于，所述步驟四的具體步驟為：DFIG定子三相短路電流解析式為

其中， 為三相靜止坐標(biāo)系下定子A、B、C三相短路電流；

DFIG轉(zhuǎn)子三相短路電流表達式為

其中， 為三相靜止坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子a、b、c三相短路電流。

說明書： 一種計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的解析方法

技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種計及撬棒(Crowbar)保護動作時間的雙饋風(fēng)機(DFIG)三相短路電流的解析方法，屬于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障分析技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)[0002] 能源是人類發(fā)展的基礎(chǔ)，煤炭、石油、天然氣等化石能源作為不可再生資源的代表經(jīng)過長期無節(jié)制的消耗，儲量越來越少。同時大量不可再生能源的使用對環(huán)境的造成了巨大影響。風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生新能源的研究開發(fā)已經(jīng)成為十分迫切的需求。風(fēng)能取之不盡，用之不竭，分布廣、蘊含豐富，與傳統(tǒng)能源相比具有可再生、低成本，沒有污染物和碳排放等優(yōu)點，同時其規(guī)?；蜕虡I(yè)化的開發(fā)前景和清潔的利用方式，都使得風(fēng)能資源的發(fā)電、傳輸及使用相關(guān)技術(shù)成為目前行業(yè)研究熱點。世界各國都在大力推行風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)應(yīng)用，風(fēng)力發(fā)電規(guī)模日益擴大。[0003] 我國地域遼闊，地形復(fù)雜，風(fēng)能資源豐富。預(yù)計到2020年，風(fēng)電累計裝機容量達到200GW，預(yù)計到2030年，風(fēng)力發(fā)電將占全國發(fā)電總量的8.4％，在能源結(jié)構(gòu)中的比例也逐年上升，對中國未來能源的作用不可忽視。

[0004] 越來越多大規(guī)模風(fēng)電基地的投入使用，電網(wǎng)發(fā)生故障時，雙饋風(fēng)機(DFIG)具有變速恒頻、有功、無功解耦控制，變流器容量小等優(yōu)點成為目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力機組，但由于其定子直接與電網(wǎng)相連，使得雙饋風(fēng)電機組對電網(wǎng)電壓的變化尤為敏感。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，電網(wǎng)電壓跌落程度決定了DFIG運行方式，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落較深，撬棒(Crowbar)保護投入之后，DFIG暫態(tài)特過程極為復(fù)雜，且從而使得短路電流相較于傳統(tǒng)短路電流有著較大區(qū)別。因此研究計及Crowbar保護動作時間的DFIG短路電流特性具有重要意義。[0005] 當(dāng)風(fēng)電大規(guī)模接入系統(tǒng)后，變壓器，線路阻抗器以及斷路器等電氣設(shè)備的動、熱穩(wěn)定性校驗，以及線路、變壓器等各元件的保護動作特性主要依靠系統(tǒng)的短路電流計算整定，因此隨著風(fēng)機大規(guī)模的并網(wǎng)，確定雙饋感應(yīng)發(fā)電機在故障過程中的短路電流特性是目前雙饋風(fēng)機并網(wǎng)需解決的重要問題。發(fā)明內(nèi)容[0006] 本發(fā)明提供了一種計及撬棒保護動作時間的DFIG三相短路電流的解析方法，利用dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下雙饋風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型，計算了計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流。[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種計及撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的解析方法，其特征在于，包括如下步驟：[0008] 步驟一：根據(jù)雙饋風(fēng)機等效電路圖(如圖1所示)列寫dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下DFIG的數(shù)學(xué)模型。以撬棒保護動時刻為分界點，將故障過程分成兩個階段：第一階段是電網(wǎng)發(fā)生三相短路，撬棒保護未動作；第二階段是撬棒保護動作。以磁鏈作為兩個兩個階段的橋梁進行銜接，將第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值作為第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈的初值。[0009] 步驟二：根據(jù)DFIG數(shù)學(xué)模型，得到雙饋風(fēng)機穩(wěn)態(tài)運行時定子正常電流和轉(zhuǎn)子正常電流；根據(jù)DFIG數(shù)學(xué)模型可列寫DFIG定子故障分量電壓、轉(zhuǎn)子故障分量電壓和定子故障分量磁鏈方程、轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈方程，聯(lián)立DFIG定子故障分量磁鏈方程和轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈方程，推導(dǎo)出定子故障分量電流方程和轉(zhuǎn)子故障分量電流方程；根據(jù)磁鏈守恒原則，求取定子故障分量磁鏈解析式；根據(jù)DFIG故障分量數(shù)學(xué)模型中轉(zhuǎn)子故障分量電壓方程、轉(zhuǎn)子故障分量電流方程以及定子故障分量磁鏈解析式，采用拉氏和反拉氏變換法求取轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈解析式；將定子故障分量磁鏈解析式、轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈解析式代入定子故障分量電流方程、轉(zhuǎn)子故障分量電流方程中，即可求得定子故障分量電流、轉(zhuǎn)子故障分量電流解析式；將定子正常電流、轉(zhuǎn)子正常電流與定子故障分量電流、轉(zhuǎn)子故障分量電流相疊加，即可求dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第一階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式；將第一階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系下，最后得到三相靜止坐標(biāo)系下第一階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式。[0010] 步驟三：由DFIG的數(shù)學(xué)模型可得第二階段定子電壓、轉(zhuǎn)子電壓、定子磁鏈方程和轉(zhuǎn)子磁鏈方程；由第二階段定子磁鏈方程、轉(zhuǎn)子磁鏈方程，推導(dǎo)出定子電流、轉(zhuǎn)子電流方程；根據(jù)磁鏈守恒原則求得第二階段定子磁鏈解析式；根據(jù)第二階段轉(zhuǎn)子電壓、電流方程和定子磁鏈解析式，采用拉氏和反拉氏變換法，可求得第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈解析式；將第二階段定子磁鏈解析式、轉(zhuǎn)子磁鏈解析式代入第二階段定子電流、轉(zhuǎn)子電流方程中，即可求得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式；將第二階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系下，最后得到三相靜止坐標(biāo)系下第二階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式。[0011] 步驟四：由步驟二中三相靜止坐標(biāo)系下第一階段DFIG定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式和步驟三中三相靜止坐標(biāo)系下第二階段的DFIG定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式，可得到DFIG定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子短路電流解析式。[0012] 具體過程如下：[0013] 1、建立dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的數(shù)學(xué)模型，以撬棒保護動作為時刻為分界點，將故障過程分成兩個階段。[0014] 根據(jù)圖1建立dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的數(shù)學(xué)模型：[0015][0016][0017] 其中， 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子額定電壓、轉(zhuǎn)子額定電壓；分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流、轉(zhuǎn)子電流； 為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)

系下的定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈；Rs、Rr分為定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻；Ls、Lr分別為定子自感、轉(zhuǎn)子自感，其中Ls＝Lm+Lσs，Lr＝Lm+Lσr，Lσs為定子漏感，Lσr為轉(zhuǎn)子漏感，Lm為定子和轉(zhuǎn)子之間的互感；ω1為同步轉(zhuǎn)速；ωr為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；s＝(ω1-ωr)/ω1為轉(zhuǎn)差率； 為虛單位。

[0018] 假設(shè)電網(wǎng)t0時刻發(fā)生三相對稱短路，tc時刻撬棒保護動作。以撬棒保護動作為時刻為分界點，將故障過程分成兩個階段：第一階段是電網(wǎng)發(fā)生三相短路，撬棒保護未動作；第二階段是撬棒保護動作。以磁鏈作為兩個兩個階段的橋梁進行銜接，將第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值作為第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈的初值。[0019] 2、求取第一階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流[0020] 電網(wǎng)發(fā)生三相短路時，DFIG機端電壓對稱跌落，跌落后的機端電壓表示為故障前機端電壓和反向電壓疊加，反向電壓大小為機端電壓跌落大小，方向與機端電壓相反。[0021] (1)求取DFIG定子正常電流、轉(zhuǎn)子正常電流[0022] DFIG穩(wěn)態(tài)運行時，在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈均為靜止矢量，忽略定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈和電阻的變化；由式(1)可得穩(wěn)態(tài)運行時DFIG的定子電壓方程、轉(zhuǎn)子電壓方程為：[0023][0024] 將磁鏈方程式(2)代入式(3)中，化簡得到穩(wěn)態(tài)運行時DFIG的電壓方程為：[0025][0026] 通過對式(4)方程組求解，可得到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG定子正常電流、轉(zhuǎn)子正常電流表達式為：[0027][0028] 其中， 分別為定、轉(zhuǎn)子正常電流； 表示等效電感。[0029] (2)求取定子短路故障分量電流、轉(zhuǎn)子短路故障分量電流[0030] 1)求取DFIG定子故障分量電壓、轉(zhuǎn)子故障分量電壓和定子故障分量磁鏈方程、轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈方程[0031] 假設(shè)故障期間轉(zhuǎn)子電壓保持不變，故障后DFIG機端電壓跌落至(1-k)倍的額定電壓，定子電壓跌落程度系數(shù)為k，疊加的反向電壓為 根據(jù)式(1)、式(2)，可得到：[0032][0033][0034] 其中， 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子故障分量電壓，轉(zhuǎn)子故障分量電壓為0； 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子故障分量電流、轉(zhuǎn)子故障分量電流；為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子故障分量磁鏈、轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈；

[0035] 由式(7)可得定子故障分量電流、轉(zhuǎn)子故障分量電流方程為：[0036][0037] 2)求取定子故障分量磁鏈解析式[0038] 假設(shè)t0時刻系統(tǒng)發(fā)生三相短路對稱故障，定子故障分量磁鏈不會發(fā)生突變，故障后的定子磁鏈有兩個分量：一是與故障后機端故障分量電壓相對應(yīng)的定子磁鏈穩(wěn)態(tài)分量；二是與電壓變換部分相對應(yīng)的定子故障分量磁鏈對應(yīng)的暫態(tài)分量，該分量以定子時間常數(shù)衰減。定子故障分量磁鏈 為:

[0039][0040] 其中，τs＝RsLr/LD，τs為定子時間衰減常數(shù)；t為時間。[0041] 3)求取轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈解析式[0042] 將式(6)中轉(zhuǎn)子故障分量電壓方程、式(8)中轉(zhuǎn)子故障分量電流方程以及定子故障分量磁鏈解析式(9)進行拉氏變換:[0043][0044] 由式(9)可得復(fù)頻域下轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈為：[0045][0046] 對式(11)進行反拉氏變換，得時域下轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈的表達式為：[0047][0048] 其中，τr＝RrLs/LD[0049][0050][0051][0052] 4)求取定子故障分量電流、轉(zhuǎn)子故障分量電流解析式[0053] 將所求的定子故障分量磁鏈、轉(zhuǎn)子故障分量磁鏈表達式代入式(8)，即可求得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下定、轉(zhuǎn)子故障分量電流表達式為：[0054][0055] 其中，[0056][0057][0058][0059][0060][0061] (3)第一階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式[0062] 第一階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流為定子正常電流、轉(zhuǎn)子正常電流與故障分量電流疊加：[0063][0064] 將第一階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變換到三相靜止坐標(biāo)系下為：[0065][0066][0067] 其中， 為三相靜止坐標(biāo)系下第一階段定子A、B、C三相短路電流；為三相靜止坐標(biāo)系下第一階段轉(zhuǎn)子a、b、c三相短路電流。Re表示取實部。

[0068] 1)求取第二階段定子三相短路電流、轉(zhuǎn)子三相短路電流[0069] tc時刻轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒保護動作，同時閉鎖DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，轉(zhuǎn)子電壓在撬棒保護動作瞬間跌落為零，此時以第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值作為第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈的初值。由dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的數(shù)學(xué)模型可知：[0070][0071][0072] 其中， 分別為dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子電流、轉(zhuǎn)子電流；分為dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈；Rrc為計及撬棒保護動作

的轉(zhuǎn)子等效電阻，Rrc＝Rr+Rc，Rc為撬棒電阻；

[0073] 由式(18)可得第二階段定子電流、轉(zhuǎn)子電流方程為：[0074][0075] (1)求取第二階段定子磁鏈解析式[0076] 撬棒保護動作后，定子磁鏈仍按原來的衰減速度變化，故定子磁鏈解析式為:[0077][0078] (2)求取第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈解析式[0079] 將式(17)中的轉(zhuǎn)子電壓方程和(18)中的轉(zhuǎn)子電流方程及定子磁鏈解析式(20)進行拉氏變換，可得復(fù)頻域下轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流及定子磁鏈方程為：[0080][0081] 其中， 表示Crowbar保護動作時轉(zhuǎn)子磁鏈的初始量， 為第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值，表示為：[0082][0083] 其中，[0084] 將式(21)可得復(fù)頻域下轉(zhuǎn)子磁鏈為：[0085][0086] 其中，τc投入Crowbar保護后轉(zhuǎn)子側(cè)的時間衰減常數(shù)，τc＝RrcLs/LD。[0087] 對式(22)進行反拉氏變換，可得時域下轉(zhuǎn)子磁鏈表達式為：[0088][0089] 其中，[0090][0091][0092] (3)求取第二階段定子電流、轉(zhuǎn)子電流解析式[0093] 將所求的定子磁鏈表達式(20)和轉(zhuǎn)子磁鏈表達式(23)代入式(19)即可求得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第二階段定子三相短路、轉(zhuǎn)子三相短路電流解析式：[0094][0095] 式中，[0096][0097][0098][0099][0100][0101] 將定、轉(zhuǎn)子三相短路電流從dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變換到三相靜止坐標(biāo)系下為：[0102][0103][0104] 其中， 為三相靜止坐標(biāo)系下第二階段定子A、B、C三相短路電流；為三相靜止坐標(biāo)系下第二階段轉(zhuǎn)子a、b、c三相短路電流。

[0105] 4、求DFIG定子電流、轉(zhuǎn)子電流表達式[0106] 綜合式(15)和式(26)，可得到DFIG定子三相短路電流表達式：[0107][0108][0109][0110] 其中， 為三相靜止坐標(biāo)系下定子A、B、C三相短路電流。[0111] 綜合式(16)和式(26)，可得到DFIG轉(zhuǎn)子三相短路電流表達式：[0112][0113][0114][0115] 其中， 為三相靜止坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子a、b、c三相短路電流。本發(fā)明的有益效果是：

[0116] 1、本發(fā)明在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下求解計及Crowbar保護動作時間的DFIG三相短路電流的解析式，再通過反Park變換得到三相靜止坐標(biāo)系下Crowbar保護動作后DFIG三相短路電流的解析式。在三相靜止坐標(biāo)系下DFIG磁鏈方程是非線性的代數(shù)方程，電壓方程是時變系數(shù)的微分方程，對于求解三相短路電流帶來了很大的困難；dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下磁鏈方程變成線性代數(shù)方程，電壓方程為常微分方程，Park變換使復(fù)雜的電壓和磁鏈方程簡單化了。[0117] 2、求取轉(zhuǎn)子磁鏈解析式的過程采用拉氏變換的方法，把微分方程化為代數(shù)方程，在復(fù)頻域內(nèi)求出函數(shù)轉(zhuǎn)子磁鏈的解析式后，再做反拉氏變換，即可直接求得時域下轉(zhuǎn)子磁鏈的解析式，而不需要確定積分函數(shù)，使計算過程簡化。[0118] 3、本發(fā)明以磁鏈作為兩個時段的橋梁進行銜接，將第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值作為第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈的初值，得到了計及了撬棒保護動作時間的雙饋風(fēng)機三相短路電流的表達式?？紤]了撬棒保護動作時間的影響，得到的雙饋風(fēng)機三相短路電流的表達式更貼近實際情況，能更好的反映真實的短路電流。附圖說明[0119] 圖1為dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下雙饋風(fēng)機等效電路圖；[0120] 圖2為定子A相短路電流隨時間的變化曲線圖；[0121] 圖3為轉(zhuǎn)子a相短路電流隨時間的變化曲線圖；[0122] 圖4為雙饋風(fēng)機原理示意圖；[0123] 圖5為三相靜止坐標(biāo)系下DFIG物理模型。具體實施方式[0124] 實施例1：本實施例以一臺并網(wǎng)雙饋風(fēng)機為例，假設(shè)在0s時電網(wǎng)發(fā)生三相短路故障，Crowbar保護在0.01s動作。dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，穩(wěn)態(tài)時機端電壓 轉(zhuǎn)子勵磁電壓 電壓跌落率k＝0.9，雙饋風(fēng)機的具體參數(shù)如表1所示：

[0125] 表1雙饋感應(yīng)發(fā)電機的參數(shù)設(shè)置[0126] 參數(shù) 撬棒電阻Rc 頻率f 轉(zhuǎn)子側(cè)等效電阻Rr 定子等效電阻Rs 撬棒電阻Rc數(shù)值(pu) 0.032pu 50Hz 0.016 0.023 0.034

參數(shù) 定子漏感Lσs 轉(zhuǎn)子漏感Lσr 勵磁電感Lm 同步轉(zhuǎn)速ω1 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω1

數(shù)值(pu) 0.18 0.16 2.9 1 1.2

[0127] 電網(wǎng)發(fā)生三相短路故障時，DFIG定、轉(zhuǎn)子A、B、C三相的短路電流大小相等，相位相差120°，故以下將以A相為例，求取定、轉(zhuǎn)子A相的短路電流。[0128] 電網(wǎng)發(fā)生三相短路時，計及撬棒保護動作的雙饋風(fēng)機定子A相短路電流解析式為：[0129][0130] 其中，[0131][0132][0133][0134][0135][0136][0137] 將雙饋風(fēng)機的參數(shù)代入定子A相短路電流解析式(1)中，即可得到電網(wǎng)發(fā)生三相短路時雙饋風(fēng)機定子A相短路電流為：[0138][0139] 其中，As1＝-1.8894+j0.9290[0140] Bs1＝2.0836-j0.6014[0141] Cs1＝-0.1942-j0.3276[0142] As2＝0.1226-j0.1488[0143] Bs2＝2.1561-j0.4442[0144] Cs2＝1.1791-j1.4450[0145][0146] 電網(wǎng)發(fā)生三相短路時，計及撬棒保護動作的雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子a相短路電流解析式為:[0147][0148] 式中，[0149][0150][0151][0152][0153][0154][0155] 將雙饋風(fēng)機的參數(shù)代入定子A相短路電流解析式(1)中，即可得到電網(wǎng)發(fā)生三相短路時雙饋風(fēng)機定子A相短路電流為：[0156][0157] 式中，Ar1＝1.9626-j1.0296[0158] Br1＝-2.1918+j0.6429[0159] Cr1＝0.2292+j0.3866[0160] Ar2＝0.1497-j0.4300[0161] Br2＝-0.9862+j2.1041[0162] Cr2＝-1.1365-j2.9012[0163][0164] 根據(jù)式(28)可以繪制出電網(wǎng)發(fā)生三相短路時，計及Crowbara保護動作時間的DFIG定子A相短路電流隨時間的變化趨勢圖，如圖2所示；根據(jù)式(30)可以繪制出電網(wǎng)發(fā)生三相短路時，計及Crowbara保護動作時間的DFIG轉(zhuǎn)子a相短路電流隨時間的變化趨勢圖，如圖3所示。[0165] 本發(fā)明原理：[0166] 1、考慮撬棒保護動作特性的雙饋感應(yīng)發(fā)電機工作原理[0167] 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力機，齒輪箱，雙饋電機，背靠背變流器及控制系統(tǒng)四部分組成。如圖4所示。齒輪箱是將在風(fēng)力作用下的風(fēng)輪所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速；雙饋電機實質(zhì)上是一種繞線型轉(zhuǎn)子異步電機；背靠背變流器(PWM)是由兩個電壓源變流器構(gòu)成的交-直-交電壓源變流器，與轉(zhuǎn)子側(cè)相連的稱為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(Rotor-sideConverter,RSC)，與定子側(cè)相連的稱為定子側(cè)變流器(Grid-sideConverter,GSC)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(RSC)和定子側(cè)變流器(GSC)之間通過一個直流電壓相連；控制系統(tǒng)主要是控制定轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，從而實現(xiàn)雙饋風(fēng)機有功、無功的解耦控制。[0168] 雙饋感應(yīng)發(fā)電機的定子繞組直接與電網(wǎng)相連；轉(zhuǎn)子繞組則通過背靠背變頻器與電網(wǎng)相連。一般的發(fā)電機都是由定子向電網(wǎng)輸送功率，但雙饋感應(yīng)發(fā)電機不僅定子能向電網(wǎng)輸送電能，轉(zhuǎn)子既能從電網(wǎng)吸收功率也能向電網(wǎng)輸送電能，因此被稱為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DoubleFedInductionGenerator,DFIG)。[0169] 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機工作原理可以簡述為：風(fēng)速發(fā)生變化時，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ωr隨之變化，通過控制轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率f2，即控制轉(zhuǎn)子勵磁電流的轉(zhuǎn)速ω2，使得氣隙合成磁場相對于定子轉(zhuǎn)速保持不變，保證定子轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，即實現(xiàn)了雙饋風(fēng)機變速恒頻運行，保證了風(fēng)能的最大追蹤。分析過程如下：[0170] 假定雙饋電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組均為對稱繞組。根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論，可得到頻率與極對數(shù)的關(guān)系：[0171][0172][0173] 式中：p為電機的極對數(shù)；f1、f2分別為雙饋電機定子、轉(zhuǎn)子電流頻率；ω1為同步轉(zhuǎn)速；ω2為轉(zhuǎn)子磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；[0174] 由電機學(xué)機電能量轉(zhuǎn)換的知識可知，雙饋電機穩(wěn)定運行時時，定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相對靜止，即：[0175] ω1＝ωr±ω2(33)[0176] 式中，ωr為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速[0177] 由(31)、(32)可知，頻率與轉(zhuǎn)速呈線性變換，所以(33)可以改寫成頻率方程，即：[0178] f1＝fr±f2(34)[0179] 式中，fr為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωr對應(yīng)的頻率[0180] 由于雙饋電機定子側(cè)與電網(wǎng)相連，電網(wǎng)頻率為50Hz，為避免不同頻率的兩個系統(tǒng)相連造成電力系統(tǒng)的振蕩甚至失穩(wěn),因此定子頻率也應(yīng)始終維持f1(即50Hz)不變。根據(jù)式(33)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωr發(fā)生變化時，相應(yīng)的改變轉(zhuǎn)子側(cè)的勵磁電流對應(yīng)的轉(zhuǎn)速ω2，即可保證同步轉(zhuǎn)速ω1維持不變。[0181] 雙饋電機的轉(zhuǎn)差率s＝(ω1-ωr)/ω1，根據(jù)以上分析，可得雙饋電機轉(zhuǎn)子繞組中通入的電流頻率為：[0182][0183] 將式(35)代入式(34)，可得電網(wǎng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率的關(guān)系式：[0184] f1＝fr+f2＝fr+sf1(36)[0185] 由式(36)可知，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化，即發(fā)電機轉(zhuǎn)速ωr變化時，在轉(zhuǎn)子三相繞組中通以轉(zhuǎn)差頻率(即sf1)的電流，則可保證定子輸出電能頻率f1保持恒定不變，從而實現(xiàn)DFIG變速恒頻發(fā)電。[0186] 雙饋發(fā)電機的功率傳輸方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時，即ωr＞ω1，轉(zhuǎn)子通過變流器向電網(wǎng)輸送功率，這種運行狀態(tài)稱為超同步狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時，即ωr＜ω1，轉(zhuǎn)子通過變流器向電網(wǎng)吸收功率，這種運行狀態(tài)稱為亞同步狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于于同步轉(zhuǎn)速時，即ωr＝ω1，通入轉(zhuǎn)子繞組的電流頻率為零，即通過變頻器通入轉(zhuǎn)子繞組的電流為直流電流，這種運行狀態(tài)與普通的同步電機一樣，因此稱為同步運行狀態(tài)。

[0187] 2、雙饋風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型[0188] (1)三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型[0189] 雙饋風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型是高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。為建立數(shù)學(xué)模型，一般做以下假設(shè)：[0190] 1)定子和轉(zhuǎn)子繞組三相均對稱，在空間上角度互差120°，定子和轉(zhuǎn)子電流中只考慮基波分量，諧波分量忽略不計，空間磁動勢沿氣隙圓周呈正弦分布；[0191] 2)忽略磁路飽和、渦流損耗和鐵耗；[0192] 3)忽略電機參數(shù)受溫度和頻率變化的影響；[0193] 4)定子和轉(zhuǎn)子繞組的自感和互感恒定不變[0194] 基于以上分析假設(shè)，同時規(guī)定DFIG定轉(zhuǎn)子側(cè)均采用電動機慣例，則可建立DFIG等效物理模型，如圖5所示，A、B、C表示定子三相繞組軸線，在空間上是靜止的；a、b、c表示轉(zhuǎn)子三相繞組軸線，在空間上以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωr旋轉(zhuǎn)的；θr＝ωrt表示轉(zhuǎn)子a軸與定子A軸之間的角。[0195] 根據(jù)圖4雙饋電機的物理模型，可以列寫出三相靜止坐標(biāo)系下DFIG的數(shù)學(xué)模型：[0196][0197][0198] 式中：uA、uB、uC為定子A、B、C三相電壓,iA、iB、iC為定子A、B、C三相電流；ua、ub、uc為轉(zhuǎn)子a、b、c三相電壓，ia、ib、ic為轉(zhuǎn)子a、b、c三相電流；ψA、ψB、ψC為定子A、B、C三相繞組的全磁鏈，ψa、ψb、ψc為轉(zhuǎn)子a、b、c三相繞組的全磁鏈；Rs、Rr分別為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的電阻；D表示微分算子[0199] (2)dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型[0200] 將三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型變換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，經(jīng)過坐標(biāo)變換后，dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的DFIG數(shù)學(xué)模型為：[0201][0202][0203] 其中， 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子、轉(zhuǎn)子電壓； 分別為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子、轉(zhuǎn)子電流； 為dq軸同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子、轉(zhuǎn)子磁鏈；Rs、Rr分為定、轉(zhuǎn)子電阻；Ls、Lr分別為定、轉(zhuǎn)子自感，其中Ls＝Lm+Lσs，Lr＝Lm+Lσr，Lσs為定子漏感，Lσr為轉(zhuǎn)子漏感，Lm為定子和轉(zhuǎn)子之間的互感；j表示復(fù)數(shù)單位。

[0204] 3、以撬棒保護動時刻為分界點，將故障過程分成兩個階段：第一階段是電網(wǎng)發(fā)生三相短路，撬棒保護未動作；第二階段是撬棒保護動作。以磁鏈作為兩個兩個階段的橋梁進行銜接，將第一階段轉(zhuǎn)子磁鏈的末值作為第二階段轉(zhuǎn)子磁鏈的初值。分別求取第一階段、第二階段DFIG定、轉(zhuǎn)子三相短路電流的解析式，即可得到DFIG故障整個過程定、轉(zhuǎn)子三相短路電流。[0205] 上述對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。