(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211279218.6 (22)申请日 2022.10.19 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 刘绪斌　张子剑　粟梅　刘永露　 柳张杰　袁亮　 (74)专利代理 机构 南京众联专利代理有限公司 32206 专利代理师 蒋昱 (51)Int.Cl. H02J 3/38(2006.01) H02J 3/16(2006.01) H02J 3/36(2006.01) H02P 9/12(2006.01)H02P 21/14(2016.01) H02P 101/15(2015.01) (54)发明名称 双馈风电故障穿越全阶段贡献短路电流的 统一解析方法 (57)摘要 双馈风电故障穿越全阶段贡献短路电流的 统一解析方法。 1)建立了包含自然过渡阶段、 撬 棒保护阶段、 去磁控制阶段、 无功补偿阶段和斩 波保护阶段的全 过程统一状态空间模型； 2)基于 电网残余电压和统一状态空间模型对定子磁链 进行求解得出定子输出短路电流； 3)基于电网残 余电压和统一状态空间模型得出网侧变换器输 出短路电流； 4)基于拉普拉斯变换从时域—频 域—时域的求解过程， 并将其表 示为统一解析表 达式。 本发 明对双馈风机故障穿越全 过程分析更 加全面， 建立的状态空间模型更加完善， 实现了 双馈风电故障穿越各阶段贡献本地电网短路电 流的精确计算， 在电气设备选型和继电保护整定 等方面具有很高的实际应用价 值。 权利要求书7页 说明书16页 附图5页 CN 115459353 A 2022.12.09 CN 115459353 A 1.双馈风电故障穿越全阶段贡献短路电流的统一解析方法， 其特征在于， 具体步骤如 下： 1)在充分考虑双馈风机故障穿越期间不同的内部保护电路和控制策略基础上， 建立了 包含自然过渡阶段、 撬棒保护阶段、 去磁控制阶段、 无功补偿阶段和斩波保护阶段的全过程 统一状态空间模型； 2)基于电网残余电压和 统一状态空间模型对定子磁链进行求解得出定子输出短路电 流； 3)基于电网残余电压和统一状态空间模型 得出网侧变换器输出短路电流； 4)基于拉普拉斯变换从时域—频域—时域的求解过程， 揭示了包含定子输出短路电流 和网侧变换器输出短路电流的两 部分短路电流贡献机理， 并将其表示 为统一解析表达式。 2.根据权利要求1所述的双馈风电故障穿越全阶段贡献短路电流的统一解析方法， 其 特征在于： 步骤1)将双馈风机故障穿越 全过程分为如下阶段： 1)自然过渡阶段； 在此阶段， 控制策略与正常情况相同， 由于通讯和保护动作需要有一定时间， 这段时间 故障已经发生但控制策略尚未投入， 且已向本地电网注入短路电流； 2)撬棒保护阶段； 在故障电压骤降时， 为了限制3～5倍额定电压的暂态电动势引起的转子过流， 撬棒保 护触发进行泄流保护； 3)去磁控制阶段； 关闭撬棒电路， 转子侧变流器重新投入， 去磁控制开始， 加速暂态定子磁链和暂态电动 势的衰减， 以缩短本地电网电压恢复时间； 4)无功补偿阶段； 当暂态定子磁链衰减到设定阈值 时， 关闭去磁控制， 打开无功补偿控制， 基于故障穿越 期间电网导则的无功电流补偿要求注入无功电流， 加速电网电压恢复； 5)斩波保护阶段； 在无功补偿的同时， 斩波电路适时投入， 以免直 流母线过电压 。 3.根据权利要求2所述的双馈风电故障穿越全阶段贡献短路电流的统一解析方法， 其 特征在于： 步骤1)双馈风机贡献短路电流分为定子侧和网侧变换器侧两部分， 所述定子侧 包括双馈风机和转子变换器在内， 所述定 子侧状态空间模型； 双馈风机电压方程和磁链方程 步骤如下： 其中Usdq、 Urdq分别为dq坐标系下双馈风机定子、 转子电压， 且全文下标dq均表示dq坐标 系参数， ψsdq、 ψrdq分别为双馈风机定子、 转子磁链， Isdq、 Irdq分别为双馈风机定子、 转子电流， Rs、 Rr表示定子、 转子回路电阻； 权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115459353 A 2其中Ls、 Lr、 Lm分别表示双馈风机 定子、 转子和励磁电感； 同时， 双馈风机角速度关系和电感关系表示如下， ωs＝ωn‑ωr        (3) 其中ωn、 ωr、 ωs分别为工频角速度、 转子角速度和滑差角速度； 其中σ 为双馈风机漏磁系数， Lls、 Llr分别为定 子、 转子漏电感； 将磁链方程带入电压方程并结合角速度和电感关系， 得到故障前双馈风机与转子变换 器状态空间方程， 将各阶段对应的转子电压Urdq带入故障前状态空间方程整理求出各阶段的状态空间方 程如下： 自然过渡阶段的状态空间方程 为： 其中τ表示电网残余电压标幺值； 自然过渡阶段的转子电压Urdq为： 撬棒保护阶段的状态空间方程 为： 撬棒保护阶段的转子电压Urdq为： 去磁控制阶段的状态空间方程 为： 其中 是转子变换器中PI控制器的比例、 积分系数， kds是双馈风机去磁系数， 且 为负值； 去磁控制阶段的转子电压Urdq为：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115459353 A 3