大規模風電機組集中接入對系統短路電流的影響研究

韓欽 商永尚 宋如鵬

摘要：我國風電并網規模不斷提升，對于系統短路電流的影響增加。基于此，本文結合風電場仿真模型，對風電機型、風電接入方式、風電裝機規模對系統短路電流的影響分析，探究了大規模風電機組集中接入對系統短路電流的影響。

關鍵詞：風電并網;風電裝機規模;短路電流

引言

在傳統的風電并網建設中，其規模相對較小，且普遍呈現分散式的開發狀態，所以風電場對系統提供的短路電流更小，可以進行忽略。但是，集中并網的建設使得我國風電規模顯著增加，導致風電機組對系統短路電流的影響明顯提升，需要相關工作人員重點關注。

風電場仿真模型

在本次研究中，主要探究了風電場集中并網后對附近110kV及以上電壓等級的母線短路電流的影響。所以，在本次研究中可以對不同風機之間的連接饋線的影響進行忽視。在風場仿真模型中，使用了單臺等值機的建模方式，風電場接入系統的具體方式如下：在風電機端的電壓為0.69kV，在集中接入過程中，經過了0.69kV/35kV以及35kV/110kV的兩級升壓，最終接入了系統側的母線。

在本次仿真分析中，主要對風電機型、風電接入方式、風電裝機規模的不同對系統電路的影響展開探究[1]。

大規模風電機組集中接入對系統短路電流的影響分析

風電機型的對系統短路電流的影響分析

在分析風電機型對系統短路電流的影響中，筆者使用了三機九節點系統，總負荷為350kV。其中，三臺發電機都為常規的火電機組，額定有功出力為100MW、263MW以及210MW，同時，均使用了經典雙軸模型。在實際的分析中，筆者對電力系統穩定器的影響也納入了考量范圍[2]。

在仿真分析中，利用風電場替代100MW的發電機組，使用的風機模型分別為定速風電機組、雙饋風電機組以及直驅風電機組，單臺容量分別為0.75MW、1.5MW以及2.5MW。并對替代發電機組在定速風機、雙饋風機、直驅風機、停機、常規機組的狀態下（風電接入系統側母線電壓為220kV）的母線三相短路電流水平展開分析，得出的結果如下：當機組處于停機的狀態時，短路電流為1.51kA;當機組類型為定速風機時，短路電流為2.19kA，增值0.68kA;當機組類型為雙饋風機時，短路電流為1.83kA，增值0.32kA;當機組類型為直驅風機時，短路電流為1.52kA，增值0.01kA;當機組為常規火電機組時，短路電流為2.91kA，增值1.40kA。

由上述的數據結果能夠發現，在相同的外部三相故障發生時，常規火電機組產生的瞬時短路電流最高;定速風機的瞬時短路電流也相對較高，相比來說，雙饋風機的瞬時短路電流相對較小，而直驅風機對系統短路電流的影響最小，可以忽略不計。

綜上，常規火電機組對系統短路電流的影響最大;定速風機對系統短路電流的影響次之;雙饋風機對系統短路電流的影響更小;而直驅風機對系統短路電流的影響最小，可以忽略。

風電接入方式對系統短路電流的影響分析

在展開大規模風電機組集中接入過程中，普遍使用的并網方式有兩種：分別以單回線路的方式接入系統側的并網點、各個風電場串聯后接入系統側的并網點。在本文的仿真分析中，主要對這兩種風電接入方式對系統短路的影響展開分析。仿真分析中，設置各個風電場裝機的容量為100MW，并控制接入并網點的線路參數具有一致性。

通過上述的仿真分析，得出的結果如下：當使用單回線路的方式接入系統側并網點的方式時，產生的短路電流為31.97kA;當使用各個風電場串聯后接入系統側并網點的方式時，產生的短路電流為31.91kA。可以看出，使用第二種接入方式，即各個風電場串聯后接入系統側并網點的方式時，對系統短路電流的影響更低。筆者認為，這主要是由于在各個風電場廠在串聯中，部分風機組與并網點的距離有所提升，所以對于系統短路電流的影響相對較小。

風電裝機規模對系統短路電流的影響分析

筆者在對風電裝機規模對系統短路電流的影響展開分析時，對于不同電壓等級下的影響進行了參考與分析（均使用了雙饋風機）。

1. 110kV電壓等級下風電裝機規模對系統短路電流的影響

設定仿真試驗條件為接入系統側母線電壓等級為110kV，在不同風電機裝規模下，得出的結果如下：當風電裝機規模為0mw時，短路電流為11.47kA;當風電裝機規模為50mw時，短路電流為11.73kA，增幅0.26kA;當風電裝機規模為100mw時，短路電流為11.94kA，增幅0.21kA（相比于風電裝機規模為50mw時的短路數據）;當風電裝機規模為150mw時，短路電流為12.11kA，增幅0.17kA;當風電裝機規模為200mw時，短路電流為12.25kA，增幅0.14kA;當風電裝機規模為250mw時，短路電流為12.37kA，增幅0.12kA;當風電裝機規模為300mw時，短路電流為12.47kA，增幅0.10kA。

由此能夠看出，在110kV電壓等級下，風電裝機規模的增加使得并網點母線的短路電流增幅不斷降低，短路電流變化的趨勢逐步平緩。基于此，當風電裝機規模的不斷增加，對系統短路電流的影響趨于飽和。

2. 220kV電壓等級下風電裝機規模對系統短路電流的影響

得出的結果如下：當風電裝機規模為0mw時，短路電流為50.20kA;當風電裝機規模為100mw時，短路電流為50.46kA，增幅0.26kA;當風電裝機規模為200mw時，短路電流為50.72kA，增幅0.26kA;當風電裝機規模為300mw時，短路電流為50.95kA，增幅0.23kA;當風電裝機規模為400mw時，短路電流為51.18kA，增幅0.23kA;當風電裝機規模為500mw時，短路電流為51.39kA，增幅0.21kA;當風電裝機規模為600mw時，短路電流為51.58kA，增幅0.19kA。

可以看出，在220kV電壓等級下，風電裝機規模對系統短路電流的影響與110kV等價下的影響保持一致。

同時，筆者也對330kV電壓等級下風電裝機規模對系統短路電流的影響完成了分析，得出的結果顯示，在330kV電壓等級下，風電裝機規模對系統短路電流的影響與110kV等價下的影響保持一致。可以說明，在不同電壓等級下，當風電裝機規模的不斷增加，對系統短路電流的影響趨于飽和。

總結

綜上所述，常規火電機組對系統短路電流的影響最大、定速風機的影響次之、雙饋風機的影響更小、而直驅風機的影響最小，可以忽略;各個風電場串聯后接入系統側并網點的方式時，對系統短路電流的影響更低;在110kV、220kV、330kV下，風電裝機規模的不斷增加，對系統短路電流的影響趨于飽和。

參考文獻

李媛媛，孫自安，張志剛.大規模風電機組集中接入對系統短路電流的影響[J].中國電力，2018，51（4）：33–38+88.

周專，呂盼，宋新甫.大規模風電集中接入對系統短路電流的影響分析[J].電工電氣，2015（11）：13–16+61.