大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組集中接入對系統(tǒng)短路電流的影響研究

韓欽 商永尚 宋如鵬

摘要：我國風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模不斷提升，對于系統(tǒng)短路電流的影響增加。基于此，本文結(jié)合風(fēng)電場仿真模型，對風(fēng)電機(jī)型、風(fēng)電接入方式、風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響分析，探究了大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組集中接入對系統(tǒng)短路電流的影響。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng);風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模;短路電流

引言

在傳統(tǒng)的風(fēng)電并網(wǎng)建設(shè)中，其規(guī)模相對較小，且普遍呈現(xiàn)分散式的開發(fā)狀態(tài)，所以風(fēng)電場對系統(tǒng)提供的短路電流更小，可以進(jìn)行忽略。但是，集中并網(wǎng)的建設(shè)使得我國風(fēng)電規(guī)模顯著增加，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組對系統(tǒng)短路電流的影響明顯提升，需要相關(guān)工作人員重點(diǎn)關(guān)注。

風(fēng)電場仿真模型

在本次研究中，主要探究了風(fēng)電場集中并網(wǎng)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(fēng)機(jī)之間的連接饋線的影響進(jìn)行忽視。在風(fēng)場仿真模型中，使用了單臺等值機(jī)的建模方式，風(fēng)電場接入系統(tǒng)的具體方式如下：在風(fēng)電機(jī)端的電壓為0.69kV，在集中接入過程中，經(jīng)過了0.69kV/35kV以及35kV/110kV的兩級升壓，最終接入了系統(tǒng)側(cè)的母線。

在本次仿真分析中，主要對風(fēng)電機(jī)型、風(fēng)電接入方式、風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不同對系統(tǒng)電路的影響展開探究[1]。

大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組集中接入對系統(tǒng)短路電流的影響分析

風(fēng)電機(jī)型的對系統(tǒng)短路電流的影響分析

在分析風(fēng)電機(jī)型對系統(tǒng)短路電流的影響中，筆者使用了三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，總負(fù)荷為350kV。其中，三臺發(fā)電機(jī)都為常規(guī)的火電機(jī)組，額定有功出力為100MW、263MW以及210MW，同時(shí)，均使用了經(jīng)典雙軸模型。在實(shí)際的分析中，筆者對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的影響也納入了考量范圍[2]。

在仿真分析中，利用風(fēng)電場替代100MW的發(fā)電機(jī)組，使用的風(fēng)機(jī)模型分別為定速風(fēng)電機(jī)組、雙饋風(fēng)電機(jī)組以及直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組，單臺容量分別為0.75MW、1.5MW以及2.5MW。并對替代發(fā)電機(jī)組在定速風(fēng)機(jī)、雙饋風(fēng)機(jī)、直驅(qū)風(fēng)機(jī)、停機(jī)、常規(guī)機(jī)組的狀態(tài)下（風(fēng)電接入系統(tǒng)側(cè)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(jié)果如下：當(dāng)機(jī)組處于停機(jī)的狀態(tài)時(shí)，短路電流為1.51kA;當(dāng)機(jī)組類型為定速風(fēng)機(jī)時(shí)，短路電流為2.19kA，增值0.68kA;當(dāng)機(jī)組類型為雙饋風(fēng)機(jī)時(shí)，短路電流為1.83kA，增值0.32kA;當(dāng)機(jī)組類型為直驅(qū)風(fēng)機(jī)時(shí)，短路電流為1.52kA，增值0.01kA;當(dāng)機(jī)組為常規(guī)火電機(jī)組時(shí)，短路電流為2.91kA，增值1.40kA。

由上述的數(shù)據(jù)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，在相同的外部三相故障發(fā)生時(shí)，常規(guī)火電機(jī)組產(chǎn)生的瞬時(shí)短路電流最高;定速風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)短路電流也相對較高，相比來說，雙饋風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)短路電流相對較小，而直驅(qū)風(fēng)機(jī)對系統(tǒng)短路電流的影響最小，可以忽略不計(jì)。

綜上，常規(guī)火電機(jī)組對系統(tǒng)短路電流的影響最大;定速風(fēng)機(jī)對系統(tǒng)短路電流的影響次之;雙饋風(fēng)機(jī)對系統(tǒng)短路電流的影響更小;而直驅(qū)風(fēng)機(jī)對系統(tǒng)短路電流的影響最小，可以忽略。

風(fēng)電接入方式對系統(tǒng)短路電流的影響分析

在展開大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組集中接入過程中，普遍使用的并網(wǎng)方式有兩種：分別以單回線路的方式接入系統(tǒng)側(cè)的并網(wǎng)點(diǎn)、各個(gè)風(fēng)電場串聯(lián)后接入系統(tǒng)側(cè)的并網(wǎng)點(diǎn)。在本文的仿真分析中，主要對這兩種風(fēng)電接入方式對系統(tǒng)短路的影響展開分析。仿真分析中，設(shè)置各個(gè)風(fēng)電場裝機(jī)的容量為100MW，并控制接入并網(wǎng)點(diǎn)的線路參數(shù)具有一致性。

通過上述的仿真分析，得出的結(jié)果如下：當(dāng)使用單回線路的方式接入系統(tǒng)側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的方式時(shí)，產(chǎn)生的短路電流為31.97kA;當(dāng)使用各個(gè)風(fēng)電場串聯(lián)后接入系統(tǒng)側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的方式時(shí)，產(chǎn)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(gè)風(fēng)電場串聯(lián)后接入系統(tǒng)側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的方式時(shí)，對系統(tǒng)短路電流的影響更低。筆者認(rèn)為，這主要是由于在各個(gè)風(fēng)電場廠在串聯(lián)中，部分風(fēng)機(jī)組與并網(wǎng)點(diǎn)的距離有所提升，所以對于系統(tǒng)短路電流的影響相對較小。

風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響分析

筆者在對風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響展開分析時(shí)，對于不同電壓等級下的影響進(jìn)行了參考與分析（均使用了雙饋風(fēng)機(jī)）。

1. 110kV電壓等級下風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響

設(shè)定仿真試驗(yàn)條件為接入系統(tǒng)側(cè)母線電壓等級為110kV，在不同風(fēng)電機(jī)裝規(guī)模下，得出的結(jié)果如下：當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為0mw時(shí)，短路電流為11.47kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為50mw時(shí)，短路電流為11.73kA，增幅0.26kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為100mw時(shí)，短路電流為11.94kA，增幅0.21kA（相比于風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為50mw時(shí)的短路數(shù)據(jù)）;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為150mw時(shí)，短路電流為12.11kA，增幅0.17kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為200mw時(shí)，短路電流為12.25kA，增幅0.14kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為250mw時(shí)，短路電流為12.37kA，增幅0.12kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為300mw時(shí)，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(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的增加使得并網(wǎng)點(diǎn)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(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷增加，對系統(tǒng)短路電流的影響趨于飽和。

2. 220kV電壓等級下風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響

得出的結(jié)果如下：當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為0mw時(shí)，短路電流為50.20kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為100mw時(shí)，短路電流為50.46kA，增幅0.26kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為200mw時(shí)，短路電流為50.72kA，增幅0.26kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為300mw時(shí)，短路電流為50.95kA，增幅0.23kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為400mw時(shí)，短路電流為51.18kA，增幅0.23kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為500mw時(shí)，短路電流為51.39kA，增幅0.21kA;當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為600mw時(shí)，短路電流為51.58kA，增幅0.19kA。

可以看出，在220kV電壓等級下，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響與110kV等價(jià)下的影響保持一致。

同時(shí)，筆者也對330kV電壓等級下風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響完成了分析，得出的結(jié)果顯示，在330kV電壓等級下，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模對系統(tǒng)短路電流的影響與110kV等價(jià)下的影響保持一致。可以說明，在不同電壓等級下，當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷增加，對系統(tǒng)短路電流的影響趨于飽和。

總結(jié)

綜上所述，常規(guī)火電機(jī)組對系統(tǒng)短路電流的影響最大、定速風(fēng)機(jī)的影響次之、雙饋風(fēng)機(jī)的影響更小、而直驅(qū)風(fēng)機(jī)的影響最小，可以忽略;各個(gè)風(fēng)電場串聯(lián)后接入系統(tǒng)側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的方式時(shí)，對系統(tǒng)短路電流的影響更低;在110kV、220kV、330kV下，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷增加，對系統(tǒng)短路電流的影響趨于飽和。

參考文獻(xiàn)

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