大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响研究

大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响研究

靳越障

国电科技环保集团股份有限公司赤峰风电公司内蒙古赤峰024000

摘要：风力发电已经成为电能产业不可缺少的能源，风力发电的并网技术的研究对提高风能发电效率具有十分重要的作用。并网技术在风能发电中的应用可以提高电能的稳定性以及用电的效率。我国风电并网规模不断提升，对于系统短路电流的影响增加。基于此，本文结合风电场仿真模型，对风电机型、风电接入方式、风电装机规模对系统短路电流的影响分析，探究了大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响。

关键词：风电并网；风电装机规模；短路电流

1引言

在传统的风电并网建设中，其规模相对较小，且普遍呈现分散式的开发状态，所以风电场对系统提供的短路电流更小，可以进行忽略。但是，集中并网的建设使得我国风电规模显著增加，导致风电机组对系统短路电流的影响明显提升，需要相关工作人员重点关注。

2风力发电并网技术

并网技术的核心应用原理是维持风力发电机组的电压与接入电压现阶段，我国电能产业使用的并网技术有很多种，使用最广泛的技术主要有两种，分别是：同步风力发电机组并网技术以及异步风力发电机组并网技术，接下来，我们对这两种技术展开讨论：

2.1同步风力发电机组并网技术

第一种是同步风力发电机组并网技术，这类技术的应用原理是可以将风力发电机组与同步发电机组进行有效的融合，在确保工作正常进行的情况下，提高风电发电的性能，通过对有关的资料进行调查，我们可以知道，同步风力发电机组的并网技术可以提高对风能的利用率，提高风能在发电机组中的应用效率。现阶段，市场上对同步风力发电机组的并网技术的使用范围较为广泛，这项技术在风能行业中的使用可以最大程度的提高发电的容量，带动相关的设备工作。除此之外，风速过大会导致发电机组产生过大的波动情况，影响机组的正常工作。为了提高相关工作的效率，技术人员应该将机组之间进行结合，分析电网以及发电机组之间的关系，最大程度的提高电网发电的质量。

2.2异步风力发电机组并网技术

第二种方法是异步风力发电机组并网技术，这项技术与上一项技术在原理方面存在显著的差异，主要是通过对发电机组的运转情况进行调整，进而提高发电机组的转差率，提高相关设备的使用精准度。这项技术在应用方面还存在一些问题，主要体现在并网技术应用不合理很容易产生冲击性的电流，冲击性电流的存在还加大电压，影响电压的安全性能。为了避免这种情况的出现，相关的技术人员通过对有关的资料进行查询，提出了两种方法，分别是提高磁路的饱和性能以及增大机组运行的电流。异步风力发电机组并网技术在风力发电行业中的使用可以有效的节省相关的操作流程，提高设备的使用效率，加大产生电流的容量。除此之外，电流的输送以及传递也会对风力发电的质量造成一定程度的影响，相关的技术人员应该提高电能的传送效率，推动相关产业的进步。

3风电场仿真模型

在本次研究中，主要探究了风电场集中并网后对附近110kV及以上电压等级的母线短路电流的影响。所以，在本次研究中可以对不同风机之间的连接馈线的影响进行忽视。在风场仿真模型中，使用了单台等值机的建模方式，风电场接入系统的具体方式如下：在风电机端的电压为0.69kV，在集中接入过程中，经过了0.69kV/35kV以及35kV/110kV的两级升压，最终接入了系统侧的母线。在本次仿真分析中，主要对风电机型、风电接入方式、风电装机规模的不同对系统电路的影响展开探究[1]。

4大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响分析

4.1风电机型的对系统短路电流的影响分析

在分析风电机型对系统短路电流的影响中，笔者使用了三机九节点系统，总负荷为350kV。其中，三台发电机都为常规的火电机组，额定有功出力为100MW、263MW以及210MW，同时，均使用了经典双轴模型。在实际的分析中，笔者对电力系统稳定器的影响也纳入了考量范围[2]。

在仿真分析中，利用风电场替代100MW的发电机组，使用的风机模型分别为定速风电机组、双馈风电机组以及直驱风电机组，单台容量分别为0.75MW、1.5MW以及2.5MW。由上述的数据结果能够发现，在相同的外部三相故障发生时，常规火电机组产生的瞬时短路电流最高；定速风机的瞬时短路电流也相对较高，相比来说，双馈风机的瞬时短路电流相对较小，而直驱风机对系统短路电流的影响最小，可以忽略不计。综上，常规火电机组对系统短路电流的影响最大；定速风机对系统短路电流的影响次之；双馈风机对系统短路电流的影响更小；而直驱风机对系统短路电流的影响最小，可以忽略。

4.2风电接入方式对系统短路电流的影响分析

在展开大规模风电机组集中接入过程中，普遍使用的并网方式有两种：分别以单回线路的方式接入系统侧的并网点、各个风电场串联后接入系统侧的并网点。在本文的仿真分析中，主要对这两种风电接入方式对系统短路的影响展开分析。仿真分析中，设置各个风电场装机的容量为100MW，并控制接入并网点的线路参数具有一致性。通过上述的仿真分析，得出的结果如下：当使用单回线路的方式接入系统侧并网点的方式时，产生的短路电流为31.97kA；当使用各个风电场串联后接入系统侧并网点的方式时，产生的短路电流为31.91kA。可以看出，使用第二种接入方式，即各个风电场串联后接入系统侧并网点的方式时，对系统短路电流的影响更低。笔者认为，这主要是由于在各个风电场厂在串联中，部分风机组与并网点的距离有所提升，所以对于系统短路电流的影响相对较小。

4.3风电装机规模对系统短路电流的影响分析

在对风电装机规模对系统短路电流的影响展开分析时，对于不同电压等级下的影响进行了参考与分析（均使用了双馈风机）。

（1）110kV电压等级下风电装机规模对系统短路电流的影响

设定仿真试验条件为接入系统侧母线电压等级为110kV，在不同风电机装规模下，得出的结果如下：当风电装机规模为0mw时，短路电流为11.47kA；当风电装机规模为50mw时，短路电流为11.73kA，增幅0.26kA；当风电装机规模为100mw时，短路电流为11.94kA，增幅0.21kA。由此能够看出，在110kV电压等级下，风电装机规模的增加使得并网点母线的短路电流增幅不断降低，短路电流变化的趋势逐步平缓。基于此，当风电装机规模的不断增加，对系统短路电流的影响趋于饱和。

（2）220kV电压等级下风电装机规模对系统短路电流的影响

当风电装机规模为0mw时，短路电流为50.20kA；当风电装机规模为100mw时，短路电流为50.46kA，增幅0.26kA；当风电装机规模为200mw时，短路电流为50.72kA，增幅0.26kA；当风电装机规模为600mw时，短路电流为51.58kA，增幅0.19kA。可以看出，在220kV电压等级下，风电装机规模对系统短路电流的影响与110kV等价下的影响保持一致。

结束语：

综上所述，常规火电机组对系统短路电流的影响最大、定速风机的影响次之、双馈风机的影响更小、而直驱风机的影响最小，可以忽略；各个风电场串联后接入系统侧并网点的方式时，对系统短路电流的影响更低；在110kV、220kV、330kV下，风电装机规模的不断增加，对系统短路电流的影响趋于饱和。

参考文献：

[1]李媛媛，孙自安，张志刚.大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响[J].中国电力，2018，51（4）：33–38+88.

[2]周专，吕盼，宋新甫.大规模风电集中接入对系统短路电流的影响分析[J].电工电气，2015（11）：13–16+61.