双馈感应风力发电机三相短路电流分析与仿真研究

ｉ　撼纛　＿。溢　—●　ｌ　｝８糟翻Ｅ　ｎｅ　第２８卷第８期　２０１２年８月　文章编号：１６７４—３８１４（２０１２）０８—００７７—０５　电网与清洁能源　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｖ０１．２８　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１２　中图分类号：ＴＭ６１４　文献标志码：Ａ　双馈感应风力发电机三相短路电流分析与仿真研究　李菁　，段秦刚　，张璇　，冯露　（１．华北电力大学电气与电子工程学院，北京１０２２０６；２．国家电网西北规划评审中心，陕西西安　７１００６５）　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ——Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｏｒｔ－Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｆ　Ｄｏｕｂｌｙ　Ｆｅｄ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｗｉｎｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ＬＩ　Ｊｉｎｇ　，ＤＵＡＮ　Ｑｉｎ－ｇａｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｘｕａｎ　，ＦＥＮＧ　Ｌｕ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２０６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ＆Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ，Ｘｉ’ａｎ　７１００６５，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＤＦＩＧ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　重要战略需求。近年来，世界各国风电装机容量不断　提升，风力发电机组的单机容量也在迅速增大。以风　能为代表的新能源电力的本质特征是其空间尺度的　分散性与时间尺度的强随机波动性，因此大规模风　电并网给电网的安全稳定运行带来了严峻　双馈　感应风力发电机组（Ｄｏｕｂｌｙ　Ｆｅｄ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，　ｍｏｄｅｌ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ａｎ　ｉｎ—ｄｅｐｔｈ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＤＦＩＧ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｉｅｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｏｔｏｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎｓｐｉｒｅｄ　ｂｙ　ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ　ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｄｅｐｔｈ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ，　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｏｔｏｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｏｎ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ａｎ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｏｔｏｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｓｈｏｒｔ—　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ　ｔｈｅ　ＤＦＩＧ）励磁变频装置容量小，可从发电机侧实现变速　恒频运行，可通过转子侧变换器控制实现四象限的　有功和无功独立调节，是目前广泛应用的主流机型　网。目前在风力发电方面已开展了大量的研究，但其　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｓｉｓｔｏｒ　ｖａｌｕｅ　ｔｕｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｏｗｂａｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｉｓｉｎｃｅｎｔｉｖｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ　ｗｉｎｄ　ｄｒｉｖｅｎ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ；ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　重点主要集中于风电机组本身的运行控制与维护并　网电压稳定方面，关于目前广泛使用的ＤＦＩＧ的故障　过程的研究十分有限［３１。ＤＦＩＧ的转子侧变换器容量　相对于发电机容量一般较小，只能提供对发电系统　摘要：基于ＤＦＩＧ精确暂态数学模型，深入研究了机端三相短　路所激起的双馈电机电磁过渡过程产生的机理及定、转子电　流中各频率成分之间的依存关系，并详细推导了三相短路电　的部分控制，当电网故障时，随着故障程度及故障点　的不同会产生不同程度的过电流和随之而来的变流　器直流侧过电压，进而导致风机自身保护动作脱网。　而根据现行风电并网准则，一般要求风机具备一定　的故障穿越能力，以维持电网的安全稳定运行［４１，因　流的解析表达式，在此基础上，深人分析了定子和转子绕组　阻值对短路电流幅值的影响规律，得到抑制短路电流最佳阻　值，实际仿真验证了分析结论的有效性。此研究对于深入探　索风机ｃｒｏｗｂａｒ保护的电阻值整定及短路电流抑制措施都有　十分重要的意义。　关键词：双馈风力发电机；三相短路；暂态电流；解析计算　模型　此研究并网ＤＦＩＧ的故障特性，并建立相应的保护方　案对于电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。　１　双馈感应风力机组数学模型　双馈感应发电机的基本结构与绕线转子异步　发电机相似，异步电机的动态数学模型是一个高　阶、非线性、强耦合的多变量系统［５１。为便于分析，常　根据国家“十二五”规划政策要求，我国将迈人　加快构建清洁高效低碳现代能源体系的重要时期，　安全高效的开发利用新能源是国家经济社会发展的　■■　叠　Ｃｔｅａ￣　Ｅｎｅｒｇｙ　７８　李菁，等：双馈感应风力发电机三相短路电流分析与仿真研究　的磁场，此磁场将按照转速频率切割转子绕组，因　而转子绕组中将感生出转速频率的电流，此电流　由于是由定子直流感应得来，因此也按照定子绕　组参数决定的衰减时间常数衰减。同理，转子绕　组中为了维持短路瞬间磁链不变也将感应出直流　ｄ　ｇ　ｄ　ｄ　忽略空间谐波，假设三相绕组对称，所产生的磁动　势沿气隙周围按正弦规律分布。定转子侧都采用电　动机惯例，ｄｑ同步坐标系下双馈电机的数学模型由　电压方程、磁链方程、转矩方程和功率方程等组成。　ＤＦＩＧ电压方程可以表达为［６１：　Ｖ　Ｊｊ＝Ｒｊ￣ｄ＋ｐｌＩｌ＂ｌｄ－０）　分量，此直流分量由于转子绕组电阻的作用而渐　Ｖ　－－Ｒ　ｒ，　：＋：ｐ　一　二　５∞　ｄ　ｇ　ｄ　＋　＋　＋　＋　㈩　转子中的直流分量产生的磁链将随转子的旋转而　ｄ　渐衰减为０，衰减时间常数由转子绕组参数决定。　Ｖ　＝　＋ｐ　－ＳＯ）　磁链方程为：　２　式中，Ｖｌｄ，Ｖ　、，　、　分别为定子电压、电流和　磁链ｄ轴和口轴分量；下标２代表转子侧分量；　Ｌ　＋　，Ｌ　＝Ｌ　＋　，Ｌ　、Ｌ２分别为定子和转子漏电感，　，Ｊ　为励磁电感，尺　、　分别为定子绕组和转子绕组电　阻；ｔｏ为同步角速度；ｓ为转子转差；ｐ为微分算子。　２机端三相短路后物理过程分析　风力发电机一般为绕线型异步电机，转子侧变流　器与电网相连，产生频率为转差频率的励磁电流。　转子转速与定子三相旋转磁场不同步，因此ＤＦＩＧ　的短路特性有异步电机的特征。同时，发电机转子　通过变流器产生励磁电压实现ＤＦＩＧ同步化运行，　短路过程与有阻尼隐极同步发电机也有相似之处。　三相短路前，ＤＦＩＧ稳定运行，定子中流有同步　转速为　的基频电流，转子以Ｗ　转速旋转，转子励　磁绕组中有频率为ｓ　的转差电流。定子电流产生　的磁链与转子电流产生的磁链共同合成气隙磁链，　其为定值以同步速旋转。　机端突然三相短路，依据闭合绕组合成磁链　不突变的磁链守恒定律，定子绕组和转子绕组都　要维持短路瞬间时刻的磁链不变。定子绕组中，　类似于同步电机三相短路，为了维持短路瞬间时　刻磁链不变，必然会产生相应的直流电流，由于　定子绕组电阻的作用，此电流将随着时间衰减，　衰减时间常数由定子绕组参数决定。短路瞬间电　机来不及调整转速，可认为转子转速依然维持　，　转动。定子中感应出的直流分量在空间产生不动　以转速频率切割定子绕组，因而在定子中亦将产　生转速频率的衰减自由分量，衰减时间常数由转　子绕组参数决定。同时，转子中还存在转差频率　的励磁电流，定子绕组中存在稳定后的基频电流，　两者为强制分量，不随时间衰减。　由以上分析可知，ＤＦＩＧ三相短路后，基于磁链　守恒定律，定子和转子短路电流中暂态分量频率成　分及对应关系如表１所示同。　表１短路电流分量对应关系　Ｔａｂ．１　Ｃ０ｒｒｅｓｐＯｎｄｉｎｇ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　夔　３短路电流解析表达式　受　将公式（２）代人公式（１），消去磁链分量，得到　用电压电流描述的ＤＦＩＧ暂态过程的状态方程［８１：　美一【Ｉ，ＩｄＩ，　，１ｄ　Ｉｌｑ　（３）　当机端发生三相短路时，机端电压变为０，即Ｖ。　ｌ９＝Ｏ。在实际控制系统中，考虑到转子侧变流器控　制系统的动态响应速度，为了方便分析，可近似认　为短路后很短的时间内转子电压不变。将公式（３）　应用拉普拉斯变换，得到下式：　ｉ　ｓ厶＋　—　。　ｓ　—　ｆ　，ｌｄ（　　ｌ￡　一Ｒ　ｃｏＬ　ｓＬ　Ｉ　，１。（　Ｉ　ｓ　—　ｓＬｒ＋尺　—　ｌ　Ｉ　５　ｍ　ｔ　ｓＬ　Ｒｔ＼　（　（　　墨匿一Ｃｌｅａｎ　Ｅ｝￣ｅｒｇｙ　第２８卷第８期　Ｄ　Ｄ　电网与清洁能源　７９　ｃｏｓ　＋（　一』　孚一　ｉｎ　】）＋宰．　（４）　＋　［（　一　０　＋　）［。。　（１一　）　。　一　一　“Ｊ』　厶Ｏ　０　式中，ＯＪ　为转差频率；ｇ　ｌｄＯ、ｇｌ　０　、　为短路瞬Ｉ司定　ｉｎ（１－ｓ）　ｉｎ　卜（　Ｃ　＋Ｏ。　）．　子和转子电流初始值；　０　Ｏ　Ｖ　为短路时刻转子电压　初始值。应用式（４）对定子和转子短路电流求解可　０　０　得［９１：　（　）　（　ｅ　ｃｏｓ（ｔｏｔ）＋（　一　）ｓｉｎ（ｃｏｔ）】＋　（　（￡Ｊ』。　ｅ　ｃｏｓ（０）ｔ）＋（　ＳＣ　一　（Ｏ』　ｎ㈨）０ｔ｝（５）　式中，Ｌ　＝，Ｊ　一　，　，Ｊ　Ｌ　／（Ｌ　Ｒ　），Ｔｓ＝Ｌ　／Ｒ。。　以上公式是转子短路电流在面坐标系下的ｄ　轴分量表达式，定子由轴、转子ｇ轴短路电流分量　与公式（５）形式相同，只是各参数　、　、　、　、　对　应不同值。为了更清楚的分析短路电流频率成分，　需要将其转换到ａｂｅ三相坐标下，坐标转换公式为：　［，ａ（　）Ｉｂ（ｔ）　（　）　ｆｌｌ　　　ｃｃ一ｓｉｎ（ｗｔ＋ｆｉ）　１］Ｉ１Ａｔ）』　ｃｏｏｓｓ（（）０ｏｗｔｔｓ＋ｆ（）０＋ｆｉｔｌ＋１＋Ｚ）－－１２０２０￣）一　。）ｓｓｉｉｎｎ（（）０ｗｔｔ＋ｆ＋ｆｌｌ一１＋１２２００。）１￣）１　Ｉ　Ｊ　　ｌｌＩＩ２２４ｏ（（ｔｔ）Ｉ）Ｊ　（６）　式中，　为短路瞬间转子电压ａ相相角；，２ｏ（　）由于短　路为三相对称故障，故此项可以忽略不计。时域内　转子ａ相短路电流解析表达式为　：　，ａ（　）　瓦　｛　ｃｏｓ（ｓ　）一　ｓｉｎ（ｓ斛　＋孚　一　＋　）・　。　（　Ｓ０）１　一　５（　一　）　ｉ　｝＋　．　［（　一（　＋　［ｃｏｓ（１－ｓ））０ｔｃｏｓ　ｓｉｎ（１－ｓ　峒＋（　（ｃＪ　∞』一　　＋毛）・　【ｓｉｎ（１－ｓ）ｗｔｃｏｓ　一ＣＯＳ（１－ｓ）０）ｔｓｉｎ／３］］　（７）　同理可得定子Ａ相短路电流解析表达式为：　，Ａ（　）　｛　・棚ｓ（ｗｔ＋ｃ￣）一　Ｋ　ｉｎ（　）］＋　Ｚ一　（ｃＪ　＋　１　）．　［ｓｉｎ（１一　）０）ｔｃｏｓ　ｏｒ＋ｃｏｓ（１－ｓ）０）ｔｓｉｎ　］］｝　（８）　分析式（７）与式（８）可知，定子短路电流包括不　衰减的基频分量和按时间常数衰减的直流分量以　及按时问常数衰减的转速频率分量，转子短路电流　包括不衰减的差频分量和按时间常数衰减的转速　频率分量以及按时间常数衰减的直流分量。与第２　节物理过程分析结论一致。　４定转子电阻值对转子短路电流的影响　由第３节推导得到的定子和转子短路电流解　析表达式可知，电网故障发生时双馈风机的运行状　态以及风力发电机本身的参数都会对其电磁过渡　过程产生较大影响。其中，改变ＤＦＩＧ转子绕组的电　阻以抑制短路电流是目前广泛采用的风机ｃｒｏｗｂａｒ　保护的基本原理㈣。为此本文将针对定子、转子绕组　的电阻大小对短路电流的影响进行深入研究。　仿真模型采用１．５　Ｍｗ双馈异步绕线型风力发　电机组，风机参数为：　Ｌ　＝Ｏ．１８，Ｌ　＝Ｏ．１６，Ｌ　－－２．９，Ｒ　＝０．０２３，Ｒ　＝Ｏ．０１６，　６　＝１，ｓ＝一０２８７　５，　２　：一０．０６５　２，ｔ‘ｌｄＯ＝一０７６２　６，ｉ幻ｏ＝一０２８７　５，　２出：一０．８０９　８，Ｖ　＝０．４１　１　７，Ｖ　＝０．４７５　７，０／－６Ｒ２０Ｓ（一０．７５９），　／￣＝ＯＡ３ＯＳ（一０．８２７　１）。　以上皆为标幺值。　研究定子绕组电阻尺　与转子短路电流幅值的　关系。令Ｒ　从０．０１至１中以０．１为梯度依次取１０个　数，通过公式（７）的计算，得到如图１所示转子侧短　路电流随定子电阻变化的波形。图２为短路电流最　大值随定子电阻变化的曲线，由图２可以看出，当定　子电阻取值为１或０．１时转子短路电流最大值最小。　同样，可以得到定子绕组电阻阻值不变，转子　绕组阻值为从０．０１到１之间以０．１为梯度取１０个　数，得到如图３所示转子侧短路电流随转子绕组电　阻变化的波形。图４为短路电流最大值随转子电阻　变化的曲线，由图４可以看出，当转子电阻取值为　０．２～０．３时，转子短路电流幅值最小。　８Ｏ　李菁，等：双馈感应风力发电机三相短路电流分析与仿真研究　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．８　ｓ　图ｌ　转子短路电流随定子电阻变化波形　Ｆｉｇ．１　Ｗａｖｅｌ￣ｗｎｌ　ｏｆ　ｒｕｔｏｒ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ＣＵｒｒｅｎｔ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｓｔａｔｏｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　图２短路电流幅值随定子电阻变化曲线　Ｆｉｇ．２　Ｗａｖｅｈｉｒｎｉ　ｕｆ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｓｔａｔｕｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｆ／ｓ　圈３转子短路电流随转子电阻变化波形　Ｆｉｇ　３　Ｗａｖｅｆｕｒｌｌｌ　ｕｆ　ｒｏｔｏｒ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｒｏｔｏｒ　ｒｅｓｉｓｔａｌｉｃｅ　图４短路电流幅值随转子电阻变化曲线　Ｆｉｇ．４　Ｗａｖｅｆｉｕ’Ｉ１＜１　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｌｌＩｐｌｉｔＵｄｅ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｒｕｔｎｌ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　５仿真验证　基于以上由短路电流近似解析表达式得到令　转子短路电流最大值最小的定子和转子绕组阻值　范同，本文在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件中用风力发　电系统仿真模型加以验证。　风力发电系统仿真模型如图５所示。不考虑风　电场各台风电机组地理位置对风速的影响，设该风　电场由同一机型的６台单机容量为１．５　ＭＷ的变速　恒频双馈风力发电机组组成。风机出口升压至２５　ｋＶ　电压等级经３０　ｋｍ线路输送至电网，电网等效为无　穷大系统，容量为２　５００　ＭＶ・Ａ。风力发电机参数如　匕节所示。　０ｘ　Ｊ．５ＭＷ　１０　５ＭＶ・Ａ　４７ＭＶ・Ａ　２　５００ＭＶ・Ａ　图５仿真系统等值线路图　Ｆｉｇ　５　ｌ、ｌｉｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓ３　ｓｔｅｍ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｔｉｔ’ｃｕｌｔ　ｄｉａｌ！’ＩＩＩＵ　双馈异步发电系统出口５７５　Ｖ处发生三相短　路故障，图６蓝线所示为原有系统参数下转子短路　电流波形，图６、７、８红线所示分别为按照解析表达　式得到的电阻范围改变定子绕组电阻值为１、改变　转子绕组电阻值为０．３和二者都改变情况下转子短　路电流波形。　图６改变定子绕组电阻的短路电流对比波形　Ｆｉｇ．６　Ｃｕｎｔｒａｓｔ　ｗａｖｅ｜￣ｉｒｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔＩＦＩ’ｅｎｔ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｓｔａｔｏｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｕｃｃ　ｓ　图７改变转子绕组电阻的短路电流对￡　波形　Ｆｉｇ．７　Ｃ＂ｕｎｔｌ‘ａｓｔ　ｗａｖｅｆｏｉ。ｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｌｕｒｔ—ｏｉｌ’ｃｕｌｌ　Ｃｌｉｆｔｏｎ｜　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｒｕｔｏｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　如图６中蓝线所示，原系统在机端发生三相短　路故障后，转子短路电流瞬间最大值可达３．５倍额　定电流，由于双馈发电机的变流器额定容量一般较　小，此电流对于变流器将产生很严重的影响，且短　路后０．０５　Ｓ内有明显的波动。　如图６中红线所示，当定子电阻变为１．０时，短　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　第２８卷第８期　电网与清洁能源　８１　ｔ／ｓ　图８改变定、转子绕组电阻的短路电流对比波形　Ｆｉｇ．８　Ｃｏｎ！ｒａｓｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩｌｏｌ’ｔ～ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｖｅｎｔ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｂｏｔｈ　ｓｔａｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｕｌｏｒ　Ｗｉｌｌｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ　路瞬间的尖峰波得到了很好的抑制，仅为额定电流　的１－３倍，但对０．０５　Ｓ之后的短路电流幅值抑制作　用不明显。图７中红线所示，当转子电阻变为０．３　时，对０．０５　ｓ之后的短路电流幅值由明显的抑制作　用，短路电流幅值仅为不变参数的０．５倍，对短路瞬　间电流尖峰幅值也有一定抑制作用，但短路后０．０５　Ｓ　仍有波动。图８所示，当同时改变转子绕组电阻和　定子绕组电阻后，得到较为理想的转子短路电流抑　制波形。短路瞬间的尖峰幅值为１．１５　ｐｕ，短路后　０．０５　Ｓ内波形较为平滑，无波动，短路０．０５　Ｓ后电流　幅值约为０．７　ｐｕ。　６　结语　本文基于双馈异步发电机运行原理及暂态数　学模型，对机端发生三相短路故障时发电机的电磁　物理过程及定子转子短路电流频率成分及其对应　关系进行了深入分析，并详细推导了定子、转子短　路电流解析表达式，表达式各频率成分及其衰减关　系与物理过程的分析相符。并根据对转子短路电流　解析表达式的分析，得到抑制转子短路电流幅值的　最优定子、转子绕组阻值，实际仿真模型验证了改　变定子、转子绕组阻值对抑制转子短路电流的有效　性。此研究对于深入探索风机ｃｒｏｗｂａｒ保护的电阻取　值整定及短路电流抑制措施都有十分重要的意义。　参考文献　［１】郭家虎，张鲁华，蔡旭．双馈风力发电系统在电网三相短　路故障下的响应与保护［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，　３８（６）：４０—４８．　ＧＵＯ　Ｊｉａ—ｈｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｕ—ｈｕａ，ＣＡＩ　Ｘｕ．Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＤＦＩＧ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆａｕｌｔ　ｏｆ　ｇｉｒｄ【ＪＪ．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１０，　３８（６）：４０—４８（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［２　胡家兵，孙丹，贺益康，等．电网电压骤降故障下双馈　２］风力发电机建模与控制【Ｊ］．电力系统自动化，２００６，３０　（８）：２１—２６．　ＨＵ　Ｊｉａ－ｂｉｎｇ，ＳＵＮ　Ｄａｎ，ＨＥ　Ｙｉ－ｋａｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＤＦＩＧ　ｗｉｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｎｄｅｒ　ｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｄｉｐ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，　２００６，３０（８）：２１—２６（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　【３】欧阳金鑫，熊小伏，张涵轶．电网短路时并网双馈风电　机组的特性研究【Ｊ】．中国电机工程学报，２０１１，３１（２２）：　１７－２５．　ＯＵＹＡＮＧ　Ｊｉｎ—ｘｉｎ，ＸＩＯＮＧ　Ｘｉａｏ－ｆｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｎ—ｙｉ．　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｉ）ＦＩＧ—ｂａｓｅｄ　ｗｉｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｇｒｉｄ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＥＥ，２０１１，３１（２２）：　１７—２５（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［４】撖奥洋，张哲，尹项根，等．双馈风力发电系统故障特　性及保护方案构建【Ｊ】．电工技术学报，２０１２，２７（４）：２３３—　２３９．　ＨＡＮ　Ａｏ－ｙａｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｅ，ＹＩＮ　Ｘｉａｎｇ－ｇｅｎ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｆａｕｌｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｇｒｉｄ　ｃ０ｎｎｅｃｔｉｎｇ—ｐｏｉｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，　２０１２．２７（４）：２３３—２３９（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［５］谭刚雷，郝润科，朱军．双馈变速恒频风力发电系统矢　量控制模型的研究　电气自动化，２０１０，２（４）：６６—７０．　ＴＡＮ　Ｇａｎｇ—ｌｅｉ，ＨＡＯ　Ｒｕｎ—ｋｅ，ＺＨＵ　Ｊｕｎ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｖａｒｉａｂｌｅ－ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｕｂｌｅ—　ｆｅｄ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，　２０１０，２（４）：６６—７０（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　【６］任永峰，安中全．双馈式风力发电机组柔性并网运行　与控制【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２０１　１：４３．　【７］全建波，吴博．电网故障下双馈风力发电机暂态电流分　析【Ｊ】．陕西电力，２０１２，２９（１）：１７—２０．　ＱＵＡＮ　Ｊｉａｎ—ｂｏ，ＷＵ　Ｂｏ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ－ｆｅｄ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｕｎｄｅｒ　ｇｒｉｄ　ｆａｕｌｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ，２０１２，２９（１）：１７—２０（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　【８】杨淑英，张兴，张崇巍，等．电压跌落激起的双馈型风　力发电机电磁过渡过程［Ｊ１．电力系统自动化，２００８，３２，　（１９）：８５—８９．　ＹＡＮＧ　Ｓｈｕ－ｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｏｎｇ－ｗｅｉ，ｅｔ　ａＬ　Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｙ　ｆｅｄ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅｓ　ｉｎｉｔｉａｔｅｄ　ｂｙ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｄｉｐ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（１９）：８５—８９（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　【９】ＶＩＣＡＴＯＳ　Ｍ　Ｓ，ＴＥＧＯＰＯＵＬＯＳ　Ｊ　Ａ．Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｓｔａｔｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｄｏｕｂｌｙ　ｆｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｅｎｅｒｙｇ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，１　９９　１，　（下转第８７页）　Ｉ　ＣＩｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　第２８卷第８期　电网与清洁能源　８７　案二两边孔差动齿坎前水流流速ｌ５～１８　ｒｉｄｓ，与构皮　滩表孑Ｌ相当，齿坎高度也与构皮滩表孔接近，因此　不易发生空化空蚀破坏。　ＸＵ　Ｑｉｎ—ｑｉｎ，ＬＩＵ　Ｃａｉ—ｙｕｎ，ＨＡＮ　Ｊｉ—ｂｉｎ．Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｔｒａｙ　Ｏｉ＿ｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｌｆｏｏｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｏｆ　ｊｉａｎｇｋＯＨ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ，２００１，３２（３）：４　４２（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　『３　程子兵，３１韩继斌，黄国兵．构皮滩水电站泄洪消能试验研　５　结语　三河口水利枢纽的主要泄水建筑物三孑Ｌ泄洪　表孔的单宽流量较大，原方案时，表孔下泄水流没　有充分扩散，泄流集中，导致水垫塘内的冲击压力　较大，对水垫塘的安全运行不利。经过试验研究，最　后选定的表孔消能工形式能最大限度的使水流分　究［Ｊ］．人民长江，２００６，３７（３）：８４—８６．　ＣＨＥＮＧ　Ｚｉ—ｂｉｎｇ，ＨＡＮ　Ｊｉ—ｂｉｎ，ＨＵＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｂｉｎｇ．Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｆｌｏｏｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｏｆ　Ｇｏｕｐｉｔａｎ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ￣］．Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ，２００６，３７（３）：８４－８６　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［４Ｊ郭航忠．水垫塘底板稳定性判别标准研究【Ｄ］．天津：天　津大学，２００３．　［５　岳鹏博，５Ｊ骆建宇，王业红．构皮滩水电站泄洪表孔分流　散，落水点均匀，不仅能满足单孔运行时的水力学　要求，而且在多孔联合泄流时，没有出现水流叠加　导致局部集中的现象及各水舌互相碰撞产生水翅　的现象，水垫塘内的水面平稳，压力分布均匀，试验　成果可供同类工程参考。　参考文献　【１】刘少斌．引汉济渭工程三河口水利枢纽整体水工模型试　验报告【Ｒ］．西安：中国水电顾问集团西北勘测设计研究　院工程实验检测分院，２０１２．　［２］徐勤勤，刘彩云，韩继斌．江口水电站大坝泄洪消能试验　研究『Ｊ］．人民长江，２００１，３２（３）：４０—４２．　・毫　・　￡　ｌ　ｌ蔓・　ｌ蔓　Ｅ・气！・＾　・　毫・　蔓曼・蔓　．蔓Ｅ・　！　・　ｌ　・蔓　气　齿坎的空化试验研究Ⅲ．长江科学院院报，２００８，２５　（４）：１００—１０２．　ＹＵＥ　Ｐｅｎｇ—ｂｏ，ＬＵＯ　Ｊｉａｎ—ｙｕ，ＷＡＮＧ　Ｙｅ－ｈｏｎｇ．Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｐｉｌｌｗａｙ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｐｉｅｒ　ｏｆ　ｇｏｕｐｉｔａｎ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，２００８，２５（４）：１Ｏ０—１０２（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　收稿日期：２０１２—０６—１２。　作者简介：　马进武（１９７５一），男，工程师，从事水工建筑物的设计工作，完　成了陕西省信邑沟溢洪道设计，新疆下坂地水利枢纽工程溢洪道设　计，新疆下坂地电站高边坡处理设计等。　（编辑ｌ！．蔓　・蔓芒ｌ　ｌ！　曼・蔓　ｌ　，．！　李沈）　ｄ巴　曼・气＾ｄ　．妻！・　（上接第８１页）　６（１）：６２—６８（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　２９（４）：６—１０（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　【１０］张建华，陈星莺，刘皓明，等．双馈风力发电机三相短路　分析及短路器最大电阻整定叨．电力自动化设备，２００９，２　（４）：６—１０．　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ－ｈｕａ，ＣＨＥＮ　Ｘｉｎｇ－ｙｉｎｇ，ＬＩＵ　Ｈａｏ－ｍｉｎｇ，ｅｔ　ａＬ　Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｄｏｕｂｌｅ－ｆｅｄ　ｗｉｎｄ－　ｄｒｉｖｅｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｎｄ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔｅｒ　ｍａｘｉｍａｌ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　收稿日期：２０１２—０６—２９。　作者简介：　李菁（１９８９一），女，硕士研究生，研究方向为电力系统继电　保护，电力系统稳定分析与控制；　段秦刚（１９８８一），男，硕士研究生，研究方向为电力系统动态　仿真，电力系统稳定分析与控制。　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００９，　（编辑冯露）