本发明公开了一种考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，在计算双馈电机短路电流时，考虑了Chopper电阻和直流母线电容对短路电流的计算的影响，更加精确的表达了双馈电机短路时，短路电流的大小，与现有公式相比，提高了计算的精度，对于电气设备的精确选材以及确保风电场的安全性有着重大意义。
1.考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，假设当t＝0时刻定子侧发生了三相短路故障，t＝0+时刻投入了Chopper保护；
步骤2，根据双馈风力发电机暂态等值电路，推导出空间旋转坐标系下，定子侧电压和磁链表达式，转子侧电压和磁链表达式，构成双馈风力发电机的电磁暂态方程；
其中，us为定子侧电压，Rs为定子侧电阻，is为定子侧电流，ωs为同步角速度，ωp为转差角速度，Lm为激磁电感，ψs为定子侧磁链，ur为转子侧电压，Rr为转子侧电阻，ir为转子侧电流，ψr为定子侧磁链，Ls和Lr分别为定子自感和转子自感，Ls＝Lsσ+Lm，Lr＝Lrσ+Lm，Lsσ和Lrσ分别为定子漏感和转子漏感，Zch为Chopper保护和直流母线电容的等效阻抗，j为虚部符号；
步骤3，根据双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出定子侧电流的表达式；
其中，is为定子侧电流，Ls′和Lr′分别代表定子绕组暂态电感和转子绕组暂态电感，并且 kr为转子电感耦合系数，kr＝Lm/Lr；
步骤4，根据双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出短路前的定子磁链初值ψs0和转子磁链初值ψr0；
步骤5，假设短路后，定子侧电压由Us0瞬间跌落到(1-Kd)Us0，根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出暂态定子磁链 和转子磁链 其中，Kd为定子侧电压跌落系数；
步骤6，将暂态定子磁链 和转子磁链 带入定子侧电流的表达式，解出定子侧电流，利用坐标变换求出A相短路电流i′sa；
步骤7，根据短路电流最大值和短路电流周期分量有效值的定义，求出A相短路电流最大值i′samax和A相短路电流周期分量有效值I′savmr。
2.根据权利要求1所述的考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，其特征在于：Chopper保护的阻抗表达式为，其中，Zch为Chopper保护和直流母线电容的等效阻抗，Rch为Chopper保护电阻，Cch为直流母线电容，ωr为转子角速度。
3.根据权利要求1所述的考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，其特征在于：A相短路电流i′sa的表达式为，其中，Ts和Tr′分别为定子和转子回路暂态时间常数，Ts＝Ls′/Rs、Tr′＝Lr′/(Rr+Rch)Ls′；
A′sa、B′sa、C′sa分别为各频率分量系数，
Kd为定子侧电压跌落系数；Zr为转子暂态等值阻抗， ωr′为转子暂态角速度， ks为定子电感耦合系数，ks＝Lm/Ls，Rch为Chopper保护电阻，Zch为Chopper保护和直流母线电容的等效阻抗，ωr为转子角速度，R＝Rr+Rch，Cch为直流母线电容，Us0为定子侧电压，Is0为定子侧电流。
4.根据权利要求3所述的考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，其特征在于：A相短路电流最大值i′samax的表达式为，其中，A'sam、B'sam、C'sam分别为各频率分量系数，T为工频交流分量的周期；
5.根据权利要求4所述的考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，其特征在于：A相短路电流周期分量有效值I′savmr的表达式为
考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，属于风电场安全技术领域。
背景技术
[0002] 目前大多数的双馈风电机组都增加了Chopper保护，提高了DFIG的低电压穿越能力，保障了风电场的安全稳定运行。然而采用Chopper保护必然会对短路电流产生抑制，使短路电流的实际值低于设计时作为选用电气设备标准的计算值，这样就造成了不必要的经济投入。因此目前需要一种在采用Chopper保护的情况下，能较为准确的计算出短路电流的方法。
发明内容
[0003] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，包括以下步骤，
[0006] 步骤1，假设当t＝0时刻定子侧发生了三相短路故障，t＝0+时刻投入了Chopper保护；
[0007] 步骤2，根据双馈风力发电机暂态等值电路，推导出空间旋转坐标系下，定子侧电压和磁链表达式，转子侧电压和磁链表达式，构成双馈风力发电机的电磁暂态方程；
[0008] 步骤3，根据双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出定子侧电流的表达式；
[0009] 步骤4，根据双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出短路前的定子磁链初值ψs0和转子磁链初值ψr0；
[0010] 步骤5，假设短路后，定子侧电压由Us0瞬间跌落到(1-Kd)Us0，根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出暂态定子磁链 和转子磁链 其中，Kd为定子侧电压跌落系数；
[0011] 步骤6，将暂态定子磁链 和转子磁链 带入定子侧电流的表达式，解出定子侧电流，利用坐标变换求出A相短路电流i′sa；
[0012] 步骤7，根据短路电流最大值和短路电流周期分量有效值的定义，求出A相短路电流最大值i′samax和A相短路电流周期分量有效值I′savmr。
[0013] Chopper保护的阻抗表达式为，
[0014]
[0015] 其中，Zch为Chopper保护和直流母线电容的等效阻抗，Rch为Chopper保护电阻，Cch为直流母线电容，ωr为转子角速度。
[0016] 双馈风力发电机的电磁暂态方程的表达式为，
[0017]
[0018]
[0019] ψs＝Lsis+Lmir
[0020] ψr＝Lmis+Lrir
[0021] 其中，us为定子侧电压，Rs为定子侧电阻，is为定子侧电流，ωs为同步角速度，ωp为转差角速度，Lm为激磁电感，ψs为定子侧磁链，ur为转子侧电压，Rr为转子侧电阻，ir为转子侧电流，ψr为定子侧磁链，Ls和Lr分别为定子自感和转子自感，Ls＝Lsσ+Lm，Lr＝Lrσ+Lm，Lsσ和Lrσ分别为定子漏感和转子漏感。
[0022] 定子侧电流的表达式为，
[0023]
[0024] 其中，is为定子侧电流，L′s和L′r分别代表定子绕组暂态电感和转子绕组暂态电感，并且 kr为转子电感耦合系数，kr＝Lm/Lr。
[0025] A相短路电流i′sa的表达式为，
[0026]
[0027] 其中，Ts和T′r分别为定子和转子回路暂态时间常数，Ts＝L′s/Rs、T′r＝L′r/(Rr+Rch)L′s；A′sa、B′sa、C′sa分别为各频率分量系数，
[0028]
[0029]
[0030]
[0031] Kd为定子侧电压跌落系数；Zr为转子暂态等值阻抗， ω′r为转子暂态角速度， ks为定子电感耦合系数，ks＝Lm/Ls。
[0032] A相短路电流最大值i′samax的表达式为，
[0033]
[0034] 其中，A'sam、B'sam、C'sam分别为各频率分量系数，T为工频交流分量的周期；
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] A相短路电流周期分量有效值I′savmr的表达式为
[0039] 本发明所达到的有益效果：本发明在计算双馈电机短路电流时，考虑了Chopper电阻和直流母线电容对短路电流的计算的影响，更加精确的表达了双馈电机短路时，短路电流的大小，与现有公式相比，提高了计算的的精度，对于电气设备的精确选材以及确保风电场的安全性有着重大意义。
附图说明
[0040] 图1为双馈风力发电机暂态等值电路图。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0042] 考虑Chopper保护的双馈电机短路电流计算方法，包括以下步骤：
[0043] 步骤1，假设当t＝0时刻定子侧发生了三相短路故障，t＝0+时刻投入了Chopper保护。
[0044] Chopper保护的阻抗表达式为，
[0045]
[0046] 其中，Zch为Chopper保护和直流母线电容的等效阻抗，Rch为Chopper保护电阻，Cch为直流母线电容，ωr为转子角速度。
[0047] 步骤2，根据双馈风力发电机暂态等值电路，推导出空间旋转坐标系下，定子侧电压和磁链表达式，转子侧电压和磁链表达式，构成双馈风力发电机的电磁暂态方程。
[0048] 双馈风力发电机电磁暂态方程的表达式为，
[0049]
[0050]
[0051] ψs＝Lsis+Lmir
[0052] ψr＝Lmis+Lrir
[0053] 其中，us为定子侧电压，Rs为定子侧电阻，is为定子侧电流，ωs为同步角速度，ωp为转差角速度，Lm为激磁电感，ψs为定子侧磁链，ur为转子侧电压，Rr为转子侧电阻，ir为转子侧电流，ψr为定子侧磁链，Ls和Lr分别为定子自感和转子自感，Ls＝Lsσ+Lm，Lr＝Lrσ+Lm，Lsσ和Lrσ分别为定子漏感和转子漏感。
[0054] 步骤3，根据双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出定子侧电流的表达式。
[0055] 定子侧电流的表达式为，
[0056]
[0057] 其中，is为定子侧电流，L′s和L′r分别代表定子绕组暂态电感和转子绕组暂态电感，并且 kr为转子电感耦合系数，kr＝Lm/Lr。
[0058] 步骤4，根据双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出短路前的定子磁链初值ψs0和转子磁链初值ψr0；
[0059] 步骤5，假设短路后，定子侧电压由Us0瞬间跌落到(1-Kd)Us0，根据空间旋转坐标系下的双馈风力发电机电磁暂态方程，推导出暂态定子磁链 和转子磁链 其中，Kd为定子侧电压跌落系数。
[0060] 步骤6，将暂态定子磁链 和转子磁链 带入定子侧电流的表达式，解出定子侧电流，利用坐标变换求出A相短路电流i′sa。
[0061] A相短路电流i′sa的表达式为：
[0062]
[0063] 其中，Ts和T′r分别为定子和转子回路暂态时间常数，Ts＝L′s/Rs、T′r＝L′v/(Rr+Rch)L′s；A′sa、B′sa、C′sa分别为各频率分量系数，
[0064]
[0065]
[0066]
[0067] Kd为定子侧电压跌落系数；Zr为转子暂态等值阻抗， ω′r为转子暂态角速度， ks为定子电感耦合系数，ks＝Lm/Ls。
[0068] 步骤7，根据短路电流最大值和短路电流周期分量有效值的定义，求出A相短路电流最大值i′samax和A相短路电流周期分量有效值I′savmr。
[0069] A相短路电流最大值i′samax的表达式为：
[0070]
[0071] 其中，A'sam、B'sam、C'sam分别为各频率分量系数，T为工频交流分量的周期；
[0072]
[0073]
[0074]
[0075] A相短路电流周期分量有效值I′savmr的表达式为
[0076] 在设计时，通过该方法获得的短路电流最大值和短路电流周期分量有效值选取合适的电气设备，完成设计要求。
[0077] 上述方法在计算双馈电机短路电流时，考虑了Chopper电阻和直流母线电容对短路电流的计算的影响，更加精确的表达了双馈电机短路时，短路电流的大小，与现有公式相比，提高了计算的的精度，对于电气设备的精确选材以及确保风电场的安全性有着重大意义。
[0078] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
