風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)短路電流的影響

梁富清（佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528200）

風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)短路電流的影響

梁富清
（佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528200）

未來(lái)電力系統(tǒng)將越來(lái)越多的采用資源儲(chǔ)備量豐富，清潔無(wú)污染的風(fēng)能。這樣電力系統(tǒng)就將面臨風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大的新挑戰(zhàn)。本文闡述了風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)短路電流的影響，在仿真研究的基礎(chǔ)上指出風(fēng)機(jī)接入系統(tǒng)位置不同，容量不同，對(duì)系統(tǒng)短路電流、短路電壓的影響是不同的。

新能源；風(fēng)電并網(wǎng)；短路電流

1　風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)短路電流的影響

短路故障是電力系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障之一，電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的許多指標(biāo)都要依據(jù)短路電流來(lái)制定，而大量風(fēng)電場(chǎng)的接入?yún)s給電力系統(tǒng)故障分析帶來(lái)了難題。電力系統(tǒng)故障后風(fēng)電機(jī)組對(duì)短路電流特性產(chǎn)生影響，不同風(fēng)速變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)電網(wǎng)提供不同的短路電流特性。同時(shí)，在研究了風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線故障時(shí)風(fēng)電場(chǎng)提供的短路電流，發(fā)現(xiàn)影響風(fēng)電場(chǎng)短路特性的主要因素有風(fēng)電場(chǎng)投入系統(tǒng)容量、風(fēng)速、故障類型、故障點(diǎn)以及風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)等。風(fēng)電場(chǎng)的接入會(huì)造成電力系統(tǒng)故障特性的變化，電力系統(tǒng)的故障分析也因此面臨著新的理論和技術(shù)問(wèn)題。

2　永磁直驅(qū)風(fēng)力電機(jī)仿真研究

本文仿真部分是利用永磁直驅(qū)風(fēng)力電機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)短路電流的影響進(jìn)行研究。風(fēng)電并網(wǎng)將對(duì)電力系統(tǒng)短路電流產(chǎn)生很大影響，其影響因素主要有：風(fēng)速、風(fēng)機(jī)接入容量、故障點(diǎn)位置、故障類型等。本文主要針對(duì)永磁直驅(qū)電機(jī)投入容量和故障點(diǎn)位置進(jìn)行了仿真分析，在無(wú)風(fēng)機(jī)接入和永磁直驅(qū)電機(jī)容量分別為10MW、30MW情況下，接入節(jié)點(diǎn)1后，在節(jié)點(diǎn)8發(fā)生三相短路時(shí)，永磁直驅(qū)電機(jī)電機(jī)側(cè)和短路故障點(diǎn)處的短路特性分析。其中，三相短路故障發(fā)生在第5秒，故障持續(xù)時(shí)間為0.5秒。

仿真的模型為如圖1。

圖1　仿真模型

2.1無(wú)風(fēng)機(jī)接入時(shí)的仿真研究

（1）故障點(diǎn)短路電流特性分析。因?yàn)槿嚯娏魈匦孕嗡?，因此只拿出其中一?xiàng)來(lái)做對(duì)比分析，a相的故障電流仿真結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，故障發(fā)生以前，故障點(diǎn)短路電流為零，故障發(fā)生后，故障點(diǎn)短路電流增大，故障消失后，故障點(diǎn)電流重新恢復(fù)為零。

圖2　無(wú)風(fēng)機(jī)接入時(shí)a相短路電流

（2）故障點(diǎn)短路電壓特性。以a相為例，仿真結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，三相短路發(fā)生后，短路點(diǎn)電壓由原來(lái)正常值降為零，故障消失后，短路點(diǎn)電壓恢復(fù)為正常值。

圖3　無(wú)風(fēng)機(jī)接入時(shí)a相電壓特性

2.2永磁直驅(qū)電機(jī)容量為10MW時(shí)仿真研究

（1）短路電流研究。仿真結(jié)果見(jiàn)圖4，圖5。由圖4，圖5可知，在風(fēng)機(jī)接入節(jié)點(diǎn)1的情況下，當(dāng)節(jié)點(diǎn)8發(fā)生三相短路后，定子側(cè)電流會(huì)發(fā)生擾動(dòng)并且幅值增大，故障消失后，定子側(cè)電流恢復(fù)到正常值。故障點(diǎn)短路電流和風(fēng)機(jī)接入前相差不大，故障消失后，恢復(fù)為零。

圖4　定子側(cè)a相短路電流

圖5　故障點(diǎn)a相短路電流

（2）短路電壓研究.仿真結(jié)果見(jiàn)圖6，圖7。由圖6，7可知，在節(jié)點(diǎn)8發(fā)生三相短路故障后，風(fēng)機(jī)定子側(cè)的電壓，幅值降為原來(lái)的一般左右，故障消失后，恢復(fù)到正常值。故障點(diǎn)的電壓，短路發(fā)生后，降為零，故障消失后，恢復(fù)到正常值?？梢?jiàn)，在節(jié)點(diǎn)1接入容量為10MW的永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)后，并不影響故障節(jié)點(diǎn)的短路電壓特性。

圖6　定子側(cè)a相電壓

圖7　故障點(diǎn)a相電壓

2.3永磁直驅(qū)電機(jī)容量為30MW時(shí)的仿真研究

短路電流研究。仿真結(jié)果見(jiàn)圖8，9。由圖8，9可知，當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)1的風(fēng)機(jī)容量為30MW時(shí)，節(jié)點(diǎn)8發(fā)生三相短路故障后，風(fēng)機(jī)定子側(cè)的電流受故障影響，幅值增大，相比風(fēng)機(jī)容量為10MW時(shí)，幅值增大近三倍左右，可見(jiàn)風(fēng)機(jī)接入容量越大，定子側(cè)受短路故障影響越明顯，風(fēng)機(jī)受到故障電流的損傷就越大。故障點(diǎn)電流和無(wú)風(fēng)機(jī)接入、風(fēng)機(jī)接入容量為10MW時(shí)的短路電流相當(dāng)，這說(shuō)明，在節(jié)點(diǎn)1接入不同容量風(fēng)機(jī)后，對(duì)故障點(diǎn)的短路電流影響不大。

圖8　定子側(cè)a相電流

圖9　故障點(diǎn)a相短路電流

3　結(jié)論

由仿真結(jié)果可以分析得到：當(dāng)永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入節(jié)點(diǎn)9時(shí)，節(jié)點(diǎn)8發(fā)生三相短路時(shí)，風(fēng)機(jī)定子側(cè)的電流、電壓受其影響越明顯，故障點(diǎn)的短路電流、短路電壓變化也越明顯，其次是風(fēng)機(jī)接入節(jié)點(diǎn)1。這說(shuō)明永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入系統(tǒng)位置不同，對(duì)系統(tǒng)短路電流、短路電壓得影響是不同的，風(fēng)機(jī)接入位置與故障點(diǎn)的電氣距離越短，對(duì)系統(tǒng)短路電流、短路電壓的影響越大，風(fēng)機(jī)本身受其影響也越大。另外，在永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，設(shè)置了不同的接入容量，仿真結(jié)果也說(shuō)明，風(fēng)機(jī)接入容量的不同，其影響系統(tǒng)短路特性的水平也不同，受短路故障影響的水平也不同，風(fēng)機(jī)接入容量越大，對(duì)系統(tǒng)短路電流、短路電壓的影響越明顯，風(fēng)機(jī)本身受其影響的水平也越明顯。

［1］李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1995.

［2］蔣雪東，趙舫.應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓驟降的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)Crowbar控制策略［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（12）:84-89.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.167