计入电压跌落幅度因素的阻容式撬棒电容参数确定方法

摘要

本发明公开了计入电压跌落幅度因素的阻容式撬棒电容参数确定方法，主要包括：a、建立当前风力发电系统的无功功率和转子电抗之间的关系模型；b、确定当前风力发电系统所需无功功率                                                ；c、将步骤b所得当前风力发电系统所需无功功率，代入步骤a所得无功功率和转子电抗之间的关系模型，求取当前风力发电系统转子电抗变化值；d、对步骤c所得当前风力发电系统转子电抗变化值进行修正，求得阻容式转子撬棒中的电容值。本发明所述计入电压跌落幅度因素的阻容式撬棒电容参数确定方法，可以克服现有技术中电容值可靠性低和用电安全性差等缺陷，以实现电容值可靠性高和用电安全性好的优点。

主权项

计入电压跌落幅度因素的阻容式转子撬棒电容参数确定方法，其特征在于，主要包括：a、建立当前风力发电系统的定子侧无功功率和转子电抗之间的关系模型；b、确定当前风力发电系统定子侧所需无功功率Q_req；c、将步骤b所得当前风力发电系统定子侧所需无功功率Q_req，代入步骤a所得无功功率和转子电抗之间的关系模型，求取当前风力发电系统转子电抗变化值；d、对步骤c所得当前风力发电系统转子电抗变化值进行修正，求得阻容式转子撬棒中的电容值；所述步骤a具体包括：基于异步电机简化电路模型，忽略定子电阻，得出定子侧无功功率与转子电抗的关系表达式：$Q=\frac{\frac{1}{X_m}+X}{{\left(\frac{r_2^{\prime }}{s}\right)}^2+X^2}·U^2;$在上式中，U为发电机定子侧电压，r′₂为计入转子侧撬棒电阻后转子侧总电阻归算至定子侧的值，X₁为定子电抗，X′₂为转子电抗归算至定子侧的值，s为转差率，X_m为励磁电抗，X＝X₁+X′₂；所述步骤b具体包括：获取风力发电系统发生故障时的故障参数，该故障参数包括故障电压U_S、故障电流I_S和故障时的有功功率P_S，假设故障电压为U_S、故障时的无功功率为Q_S；将上述各故障参数代入功率方程，用电网正常电压U_exp代替故障电压U_S，求取故障时的无功功率Q_S：$U_s·I_s=\sqrt{{P_s}^2+{Q_s}^2};$所求取的故障时的无功功率Q_S，即为风力发电系统发生故障时所需补偿的无功功率Q_req；求取所述风力发电系统发生故障时所需补偿的无功功率Q_req的操作，具体还包括：在求解的过程中利用功率三角关系，先求出功率因数cosα，即：$cos\alpha =\frac{P_S}{U_{\exp }·I_S},$从而进一步得到$\alpha =arccos\frac{P_S}{U_{\exp }·I_S};$那么，风力发电系统发生故障时所需无功功率Q_req为：Q_req＝U_exp·I_S·sinα；所述步骤c具体包括：假设励磁电抗X_m不变，电阻r’₂也不变，转差率s为故障时刻相应的值，电压U为故障电压U_S；同时，定义k_u为电压跌落深度，该电压跌落深度k_u为故障电压U_S和正常电压U_exp的比值，即：$k_U=\frac{U_S}{U_{\exp }};$用k_U·U_exp表示故障电压，将步骤b所得风力发电系统发生故障时所需无功功率Q_req，代入步骤a建立的定子侧无功功率与转子电抗的关系表达式，得到关于X为未知变量的表达式：$X=\frac{{(k_U·U_{\exp })}^2\pm \sqrt{{(k_U·U_{\exp })}^4-4Q_{req}^2·{\left(\frac{r_2^{\prime }}{s}\right)}^2+4Q_{req}·\frac{1}{X_m}·{(k_U·U_{\exp })}^2}}{2Q_{\exp }};$考虑到风力发电系统发出无功功率，表现为容性，且上式求解中绝对值较小者会使风力发电系统不稳定，故保留上式求解中绝对值较大者，得到新的电抗值为：$X_{new}=\frac{{(k_U·U_{\exp })}^2+\sqrt{{(k_U·U_{\exp })}^4-4Q_{req}^2·{\left(\frac{r_2^{\prime }}{s}\right)}^2+4Q_{req}·\frac{1}{X_m}·{(k_U·U_{\exp })}^2}}{2Q_{req}};$在X＝X₁+X′₂中，X以上式的计算结果X_new代入，新的转子侧电抗归算至定子侧的值记为X′_2new，则有：X′_2new＝X_new‑X₁；若故障前的转子侧电抗归算到定子侧的值为X′₂，那么通过电容所需补偿的电抗归算到定子侧的值，也就是转子电抗归算到定子侧的变化值为：X′_2req＝X′_2new‑X′₂；X′_2req便是所求转子电抗归算到定子侧的变化值；所述步骤d具体包括：引入修正系数k_z，通过仿真试验得出，该修正系数的取值为0.6～0.7之间；将真正需要用电容补偿的电抗值归算到定子侧的值记为：X′_2cmp＝k_z·X′_2req；现将其归算至转子侧，即$X_{2cmp}=\frac{X_{2cmp}^{\prime }}{k_i·k_e}=\frac{k_z·X_{2req}^{\prime }}{k_i·k_e};$上式中，k_i和k_e为绕组归算时的电流比和电压比，均为常数；那么，转子侧所需加入的电容值为：$C_{cmp}=-\frac{1}{{\omega }_2·X_{2cmp}};$而上式中的ω₂＝s·ω₁，故进一步为：$C_{cmp}=-\frac{1}{s·{\omega }_1·X_{2cmp}};$最终求得的C_cmp，便是阻容式转子撬棒中的电容值。