風電并網對系統短路電流的影響

梁富清（佛山電力設計院有限公司，廣東 佛山 528200）

風電并網對系統短路電流的影響

梁富清
（佛山電力設計院有限公司，廣東 佛山 528200）

未來電力系統將越來越多的采用資源儲備量豐富，清潔無污染的風能。這樣電力系統就將面臨風電并網規模擴大的新挑戰。本文闡述了風電并網對系統短路電流的影響，在仿真研究的基礎上指出風機接入系統位置不同，容量不同，對系統短路電流、短路電壓的影響是不同的。

新能源；風電并網；短路電流

1　風電并網對系統短路電流的影響

短路故障是電力系統最常見的故障之一，電力系統規劃和設計的許多指標都要依據短路電流來制定，而大量風電場的接入卻給電力系統故障分析帶來了難題。電力系統故障后風電機組對短路電流特性產生影響，不同風速變化時對系統電網提供不同的短路電流特性。同時，在研究了風電場聯絡線故障時風電場提供的短路電流，發現影響風電場短路特性的主要因素有風電場投入系統容量、風速、故障類型、故障點以及風電場聯絡等。風電場的接入會造成電力系統故障特性的變化，電力系統的故障分析也因此面臨著新的理論和技術問題。

2　永磁直驅風力電機仿真研究

本文仿真部分是利用永磁直驅風力電機對電力系統短路電流的影響進行研究。風電并網將對電力系統短路電流產生很大影響，其影響因素主要有：風速、風機接入容量、故障點位置、故障類型等。本文主要針對永磁直驅電機投入容量和故障點位置進行了仿真分析，在無風機接入和永磁直驅電機容量分別為10MW、30MW情況下，接入節點1后，在節點8發生三相短路時，永磁直驅電機電機側和短路故障點處的短路特性分析。其中，三相短路故障發生在第5秒，故障持續時間為0.5秒。

仿真的模型為如圖1。

圖1　仿真模型

2.1無風機接入時的仿真研究

（1）故障點短路電流特性分析。因為三相電流特性形似，因此只拿出其中一項來做對比分析，a相的故障電流仿真結果見圖2。由圖2可知，故障發生以前，故障點短路電流為零，故障發生后，故障點短路電流增大，故障消失后，故障點電流重新恢復為零。

圖2　無風機接入時a相短路電流

（2）故障點短路電壓特性。以a相為例，仿真結果見圖3。由圖3可知，三相短路發生后，短路點電壓由原來正常值降為零，故障消失后，短路點電壓恢復為正常值。

圖3　無風機接入時a相電壓特性

2.2永磁直驅電機容量為10MW時仿真研究

（1）短路電流研究。仿真結果見圖4，圖5。由圖4，圖5可知，在風機接入節點1的情況下，當節點8發生三相短路后，定子側電流會發生擾動并且幅值增大，故障消失后，定子側電流恢復到正常值。故障點短路電流和風機接入前相差不大，故障消失后，恢復為零。

圖4　定子側a相短路電流

圖5　故障點a相短路電流

（2）短路電壓研究.仿真結果見圖6，圖7。由圖6，7可知，在節點8發生三相短路故障后，風機定子側的電壓，幅值降為原來的一般左右，故障消失后，恢復到正常值。故障點的電壓，短路發生后，降為零，故障消失后，恢復到正常值。可見，在節點1接入容量為10MW的永磁直驅風機后，并不影響故障節點的短路電壓特性。

圖6　定子側a相電壓

圖7　故障點a相電壓

2.3永磁直驅電機容量為30MW時的仿真研究

短路電流研究。仿真結果見圖8，9。由圖8，9可知，當接入節點1的風機容量為30MW時，節點8發生三相短路故障后，風機定子側的電流受故障影響，幅值增大，相比風機容量為10MW時，幅值增大近三倍左右，可見風機接入容量越大，定子側受短路故障影響越明顯，風機受到故障電流的損傷就越大。故障點電流和無風機接入、風機接入容量為10MW時的短路電流相當，這說明，在節點1接入不同容量風機后，對故障點的短路電流影響不大。

圖8　定子側a相電流

圖9　故障點a相短路電流

3　結論

由仿真結果可以分析得到：當永磁直驅風機接入節點9時，節點8發生三相短路時，風機定子側的電流、電壓受其影響越明顯，故障點的短路電流、短路電壓變化也越明顯，其次是風機接入節點1。這說明永磁直驅風機接入系統位置不同，對系統短路電流、短路電壓得影響是不同的，風機接入位置與故障點的電氣距離越短，對系統短路電流、短路電壓的影響越大，風機本身受其影響也越大。另外，在永磁直驅風機接入每個節點時，設置了不同的接入容量，仿真結果也說明，風機接入容量的不同，其影響系統短路特性的水平也不同，受短路故障影響的水平也不同，風機接入容量越大，對系統短路電流、短路電壓的影響越明顯，風機本身受其影響的水平也越明顯。

［1］李光琦.電力系統暫態分析［M］.北京:中國電力出版社，1995.

［2］蔣雪東，趙舫.應對電網電壓驟降的雙饋感應風力發電機Crowbar控制策略［J］.電網技術，2008，32（12）:84-89.

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