具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的一种双馈风机提供短路电流的计算方法流程图。针对目前我国短路电流计算精度要求提升与双馈风机短路电流计算模型原理不清、计算方法不准确之间的矛盾，本发明提出了准确计算双馈风机提供短路电流的方法。本发明实施方式可直接应用于各级电网规划及运行中的电网短路电流水平校核，为电网规划设计方案电气设备容量选择，重大工程项目前期论证及方案比选，科学开展电网规划设计和保证安全运行提供技术支持和决策依据。

如图1所示，本发明提供一种双馈风机提供短路电流的计算方法，方法包括：

步骤101：确定双馈风机参数，确定双馈风机的控制策略为Crowbar投入控制策略；

本发明在步骤101-1：首先进行计算数据基础校核。检查短路电流计算数据中，双馈风电场是否均按投产年份接入，是否均为全开机方式。

步骤101-2：计算发生短路故障时，双馈风机单元变压器高压侧电压跌落情况。若该电压大于等于0.9p.u.，则不考虑本双馈风机提供短路电流；若该电压小于0.9p.u.，则考虑本双馈风机提供短路电流，进入步骤101-3。

双馈风机在短路故障后，有两种控制方式，当电压跌落较小时，为持续励磁控制方式；当电压深度跌落时，切换到Crowbar投入控制方式。风机近区电压跌落小，说明故障点距离风机远，其提供的短路电流小；电压深度跌落，说明故障点距离风机较近，风机提供的短路电流较大。本发明根据工程经验，选择故障后双馈风机单元变高压侧电压0.9p.u.为参考值，正常情况下该点电压为1.0p.u.。当故障地点距离风机较远，电压跌落不超过0.1p.u.时，其对故障点提供的短路电流轻微，可忽略其影响；当故障地点距离风机较近，电压跌落大于0.1p.u.时，可认为电压深度跌落，风机控制策略切换为Crowbar投入控制策略，其对故障点提供的短路电流较大，应予以考虑。

步骤101-3：双馈风机参数检查。检查数据中双馈风机定子电阻R_s、定子电抗X_s、激磁电抗X_m，归算至定子侧的转子电阻R′_r、转子电抗X′_r、Crowbar电阻R_CE参数及定子与转子匝数比n(或Crowbar电阻归算值R′_CE)是否正确填写。

当双馈风机控制策略切换至Crowbar投入控制策略后，其物理结构与电气特性等同于异步电动机，如图2所示。

图2中，R_s、X_s、X_m、R_r、X_r、R_CE分别为双馈风机定子电阻、定子电抗、激磁电抗、转子电阻、转子电抗、Crowbar电阻。

大电网短路电流计算一般采用标幺值，因此，定子、转子参数一般采用标幺值。其中，转子电阻R′_r、转子电抗X′_r、Crowbar电阻R′_CE参数均应是归算至定子侧后的值。此时，可得如图3所示电路图。

风机的额定参数中，一般除Crowbar电阻R_CE给值为有名值外，其他值均会给为归算至定子侧后的标幺值。在进行Crowbar电阻R_CE归算时，还需给出定子与转子的匝数比n，其中，U_n为双馈风机的额定电压，S_fn为双馈风机的额定功率。

步骤102：基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗Zf1，将计算出的双馈风机短路阻抗归算至单元变压器高压侧，获取归算后的双馈风机的短路阻抗Zf；

优选地，基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗，包括：

计算Crowbar电阻R_CE归算至双馈风机定子侧的归算值，

其中n为双馈风机定子与转子的匝数比，U_n为双馈风机的额定电压，S_fn为双馈风机的额定功率，R_CE为Crowbar电阻；

Crowbar投入控制策略下双馈风机短路阻抗计算公式为：

X_f1＝R_s+jX_s+jX_m//(R'_r+jX'_r+R'_CE)

R_s为双馈风机定子电阻，X_s双馈风机定子电抗，X_m为双馈风机激磁电抗；

R′_r为转子电阻归算至定子侧后的值、X′_r为转子电抗为归算至定子侧后的值。

本发明进行双馈风机短路阻抗计算，并将其归算至单元变压器高压侧。

按照图3所示，Crowbar投入控制策略下双馈风机短路阻抗计算公式为X_f1＝R_s+jX_s+jX_m//(R'_r+jX'_r+R'_CE)。

双馈风机经单元变压器接入电网。IEC标准将其与单元变压器合并为一个单元考虑其短路阻抗。图4为双馈风机与单元变压器的供电单元。

将风机自身参数归算至单元变高压侧的归算公式为：

其中，S_fN双馈风机的额定容量，S_tN为单元变压器的额定容量。

步骤103：基于归算后的双馈风机短路阻抗Zf及单元变压器的短路阻抗Zt计算双馈风机供电单元短路阻抗Zs；

优选地，基于归算后的双馈风机短路阻抗Zf及单元变压器的短路阻抗Zt计算双馈风机供电单元短路阻抗Zs，包括：

双馈风机供电单元短路阻抗Z_s＝Z_f+Z_t。

本发明进行双馈风机供电单元短路阻抗计算。

双馈风机供电单元短路阻抗Z_s＝Z_f+Z_t，其中，Z_t为单元变压器的短路阻抗。为验证该种求取短路阻抗进而计算短路电流方法的正确性，本发明进行了短路电流电磁暂态仿真分析与理论结果的对比研究。除Crowbar电阻R_CE外，其余参数均为异步电动机及箱变基本参数，且已采用文献调研方式和参考成熟模型现有参数获取。Crowbar电阻参数获取采取实地调研方式。通过调研结果可知，Crowbar电阻值的变化范围基本为0.1Ω～0.6Ω，双馈风机定子与转子匝数比采用PSCAD中的典型值。本发明建立如图5所示的PSCAD仿真模型，短路点选取在双馈风机单元变压器高压侧出口，0.998s时，故障点一相电压出现过零点，设置0.998s时，故障点发生三相短路金属性接地故障，故障持续时间0.1s。模型中主要参数列于表1中。

表1 PSCAD仿真模型主要参数表

当Crowbar电阻值从0.1Ω～0.6Ω变动时，双馈风机箱变高压侧短路故障，机侧提供的短路电流如图6所示。将仿真结果与理论计算结果记于表2中，可以看出，双馈风机提供给短路点的短路冲击电流i_p理论值为0.1810～0.1189kA，仿真值为0.1630～0.1134kA，二者差异均小于10％，在工程应用允许范围之内。短路电流I”_k通过i_p与固定系数相除得到，因此，采用异步电动机串入Crowbar电阻的模型模拟双馈风机Crowbar投入控制策略的短路情况是可行的。

在该组参数下，若不考虑Crowbar电阻，双馈风机提供的短路冲击电流理论值为0.1926kA。可以看出，与考虑Crowbar电阻相比，误差在15％～41％，取Crowbar电阻中间值0.3Ω，误差接近30％。可以看出本发明所提方法大大提升了双馈风机提供短路电流的计算精度。

表2 35kV侧短路电流计算值与仿真值差异

步骤104：基于输电线路参数、变压器阻抗导纳参数、同步以及异步电动机直轴次暂态电抗、双馈风机供电单元短路阻抗以及额定电压Un生成节点导纳矩阵Y；

步骤105：基于节点导纳矩阵Y利用三角分解法求得节点阻抗矩阵Z，基于节点阻抗矩阵Z计算短路电流。

优选地，还包括：计算短路电流后，计算双馈风机单元变压器高压侧电压；

当双馈风机单元变压器高压侧电压小于0.9p.u.，则确定双馈风机提供短路电流。

步骤6：输入线路、变压器、发电机参数等，形成节点导纳矩阵Y^-1，采用三角分解法求解节点阻抗矩阵X^-1，计算短路电流I”_k。

该步骤基本流程即为电压源提供短路电流的计算流程，在输入参数中，增加双馈风机相关参数，另外，计算流程中增加一个计算双馈风机单元变高压侧电压的求取及比较环节。初始计算，不考虑双馈风机，根据求取的短路电流计算双馈风机单元变高压侧电压U_ft。若U_ft≥0.9p.u.，则认为双馈风机对短路点短路电流提供有限接近于0，计算结束；否则，采用所提计算方法计算双馈风机短路阻抗及双馈风机供电单元短路阻抗，再次计算节点导纳矩阵Y^-1、节点阻抗矩阵X^-1，求取短路电流I”_k。

本发明提出了一种双馈风机提供短路电流的计算方法，该方法以双馈风机额定参数为基础，不改变传统电压源为基础的短路电流计算基本流程，提出了一种考虑双馈风机提供的短路电流精确计算方法。进一步将该方法与工程上现有的两种考虑双馈风机提供的短路电流计算方法相比，验证了双馈风机采用电压源模型的正确性，提升了短路电流计算结果的准确性。本发明从双馈风机短路电流计算标准、方法的调研出发，参考双馈风机故障后的控制方式，同时结合了仿真分析与理论推导，逻辑严谨。从本发明实施方式的原理来看，本发明既适用于规划电网设备选型中的短路电流计算，也适用于运行电网中的短路电流计算及短路电流限制措施的制定，具有较强的鲁棒性。

本发明相比于目前基于IEC 60909-0：2016原理，采用电压源模型，但未考虑Crowbar电阻影响的工程计算方法，本发明提升计算精度约30％，结算结果更加准确。

本发明相比于目前基于GB/T 19963-2011中风机低电压穿越过程中向系统注入无功补偿原理，采用电流源模型的计算方法，本发明采用电压源模型，计算原理正确。

图8为根据本发明优选实施方式的一种双馈风机提供短路电流的计算系统结构图。如图8所示，本发明提供一种双馈风机提供短路电流的计算系统，系统包括：

初始单元801，用于确定双馈风机参数，确定双馈风机的控制策略为Crowbar投入控制策略；

第一计算单元802，用于基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗Zf1，将计算出的双馈风机短路阻抗归算至单元变压器高压侧，获取归算后的双馈风机单元变压器的短路阻抗Zf。

优选地，第一计算单元802用于基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗Zf1，包括：

计算Crowbar电阻R_CE归算至双馈风机定子侧的归算值R′_CE，

其中n为双馈风机定子与转子的匝数比，U_n为双馈风机的额定电压，S_fn为双馈风机的额定功率，R_CE为Crowbar电阻；

Crowbar投入控制策略下双馈风机短路阻抗计算公式为：

X_f1＝R_s+jX_s+jX_m//(R'_r+jX'_r+R'_CE)

R_s为双馈风机定子电阻，X_s双馈风机定子电抗，X_m为双馈风机激磁电抗；

R′_r为转子电阻归算至定子侧后的值、X′_r为转子电抗为归算至定子侧后的值。

第二计算单元803，用于基于归算后的双馈风机短路阻抗Zf及单元变压器短路阻抗Zt计算双馈风机供电单元短路阻抗Zs。优选地，第二计算单元803，用于基于归算后的双馈风机短路阻抗Zf及单元变压器短路阻抗Zt计算双馈风机供电单元短路阻抗Zs，包括：

双馈风机供电单元短路阻抗Z_s＝Z_f+Z_t。

生成单元804，用于基于输电线路参数、变压器阻抗导纳参数、同步以及异步电动机直轴次暂态电抗、双馈风机供电单元短路阻抗以及额定电压Un生成节点导纳矩阵Y；

结果单元805，用于基于节点导纳矩阵Y利用三角分解法求得节点阻抗矩阵Z，基于节点阻抗矩阵Z计算短路电流。

优选地，系统还包括确定单元，用于：计算短路电流后，计算双馈风机单元变压器高压侧电压；当双馈风机单元变压器高压侧电压小于0.9p.u.，则确定双馈风机提供短路电流。

本发明优选实施方式的一种双馈风机提供短路电流的计算系统800与本发明优选实施方式的一种双馈风机提供短路电流的计算方法100相对应，在此不再进行赘述。

本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种双馈风机提供短路电流的计算方法中任一项的步骤。

本发明提供一种电子设备，电子设备包括：上述的计算机可读存储介质；以及一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。