风电场集中并网对电网短路电流的影响研究

风电场集中并网对电网短路电流的影响研究

蒋泽鑫

江西大唐国际新能源有限公司 邮编：332806

摘要：大规模风电集中开发接入地区电网，由此将带来系统调频、调峰、风功率预测、低电压穿越、小干扰稳定、系统短路容量增加等一系列运行控制问题，目前国内外对风电场接入电力系统的影响主要集中在系统功角和电压稳定性、继电保护配置、消纳能力、电压波动和闪变。考察了双馈风机参与系统调频对系统暂态功角稳定性的影响，综合考虑风电比例、风机并网位置、故障位置、负荷接入位置等四种影响因素，结果表明双馈风力发电机组参与系统调频有利于系统的暂态功角稳定性。基于此，对风电场集中并网对电网短路电流的影响进行研究，以供参考。

关键词：大规模风电；双馈风机；短路电流；并网方式；限制措施

引言

当前，环境污染和化石燃料能源不足的问题日益严重，在缓解环境退化和优化能源结构的推动下，太阳能、风能等可再生能源受到世界各国的广泛关注。随着新能源发电技术的不断推进，风力发电以其分布广泛和技术成熟等优势在全球新能源中具有重要地位，无论在我国还是世界范围内均发展迅速。

1双馈风机短路电流

双馈风机的短路过程分为电机暂态过程、转子侧和电网侧变流器的协调控制及相互影响两个过程。电网发生三相短路故障双馈风机短路电流也包含有周期分量和非周期分量，故障发生瞬间，双馈风机转子短路动作器未工作前，双馈风机转子的转速、励磁电压和频率不会突变，风机转子仍有励磁电流，对应产生的旋转磁场在定子上感应出定子电流的周期分量。而定子端电压瞬间跌落为零，由于定子磁链不能突变，因此为补偿定子电压突降为零造成的磁链缓慢衰减，定子磁链中产生了暂态磁链分量，即产生了定子电流的非周期分量。故障越严重，定子电压跌落越低，产生的暂态磁链将越大，对应的短路电流也越大。系统电网发生短路故障的瞬间，双馈风机转子侧的电流、电压将会大幅增加，超过转子侧短路器动作阈值和设定的动作时间，转子侧变频器被旁路，双馈风机将逐渐失去励磁控制。

2大型风电场的相关研究

结合实际情况，对大型风电场进行研究，确保大型风电场在实际工作中，保持较好的运行状态，从而满足风电场运行的相应需求，推动电力系统的功能和作用，全面提升电力系统的服务能力。另外，风电在实际的利用阶段，是对风能进行利用，结合实际情况，风能是一种可再生能源，不需要消耗能源，并且能够满足低碳环保的相应需求。同时，风电还能为电力系统的正常运行奠定基础，进而推动电力系统的健康发展。实际电力系统服务过程中，需要合理对大型风电场的并网进行控制，确保其在并网过程中，能够保持较好的运行状态，降低大型风电场的相应问题，使得大型风电场能够满足电力系统的基本需求，进而为电力用户用电需求提供帮助。大型风电场在建设过程中，可以分为海上风电、平原风电、山地风电几种类型，主要是选择风力发电效果较好的区域进行发电，促使电力系统在实际服务中，保持较好的工作状态，降低隐患的发生概率。同时，大型风电场还会配置储能装置，从而实现削峰填谷，进而保证电力系统在实际服务中，能够保持较好的运行状态，进而保证电力系统的功能和可靠。

3风电场集中并网对电网短路电流的影响

3.1不同装机容量的风电场对短路电流影响

风电场提供给系统的短路电流相对并网点自身的短路电流较小，但随着风电场大规模集中接入，风电场接入对系统并网点短路电流影响变得不容忽略。风电场对系统短路电流的影响将制约其装机容量、设备选型，进一步制约大规模集中风电资源开发利用。结合风电场以110kV电压等级并网为主的实际情况，文中针对风电场的并网电压等级均为110kV，风电场装机容量从50MW开始，装机容量增量50MW，逐渐增加至1000MW，并网电压等级均为110kV，不同装机容量下A变电站的330kV和110kV母线的三相短路电流。其中短路电流增幅=风电场装机容量(X+50MW)下的短路电流-风电场装机容量X下的短路电流。研究表明，随着风电场装机容量的不断增加，并网变电站母线的短路电流逐渐攀升，但增幅逐渐减少。各风电场均采用110kV电压等级接入330kV变电站的110kV母线，分析表明，并网点110kV母线的短路电流增幅大于330kV母线，近区故障提供给系统的短路电流更高。

3.2交流传输并网送出

英国目前所有海上风电场均采用交流汇聚交流传输并网的方案，包括目前最大规模的海上风电场伦敦阵列（londonarray，630MW）和在建设中的海上风电场HornseaProjectOne，风场通过3条交流220kV海缆送出，海缆长度142km。我国第1个真正意义的海上风电场为江苏东台海上风电场，容量为200MW，通过220kV交流海缆将海上升压站电能送至路上集控中心。目前，我国所建海上风电场送出线路以交流电缆为主。采用奇异值分解法进行交流线路的保护，该方法能够快速识别区内、外故障，且识别时间短于5ms，在交流电缆送出线路的保护上有借鉴意义；此外，该方法利用注入法快速获得故障电流进行故障检测。针对海上风电的交流电缆送出线路的保护研究较少，可以借鉴海上风电交流电缆定位方法中的一些研究，如基于多端故障行波时差的海底观测网故障定位方法，利用智能分支单元确定故障线路，通过对比故障前后的行波波头到达时差矩阵的差异确定故障点位置，该方法实现简单、定位准确，可为海底观测网电力系统安全可靠运行提供保障。为了适应大容量海上风电场并网，往往会通过统一潮流控制器来进行补偿，针对不可预测的风速和UPFC的各种不同运行模式，提出利用线路两端正序电流幅值变化的符号进行故障检测，所利用的电气量为三相暂态电流。

3.3深度探索并网技术及风能捕获技术

风电场深受诸多因素所影响，发展不平衡问题显著。其中风力对风机控制系统的影响最为明显，综合诸多角度分析，便可清楚，若是出现电力不均衡问题，将直接影响到电网安全。综合相关研究分析，为了能够保障电网安全，并且大力推进风电新能源的发展，需有效提高风电系统的稳定性，提升系统故障处理能力，并以此为基础，针对风电场联网以及对电网的有效支持即可采取辅助措施，深化二者联系，构建起系统性的应对框架。风电场不稳定性因素，同当前大自然神秘因素息息相关，虽然诸多能源可以投入应用，但是如何提升应用效果是其中最为严峻的问题。风能是可再生能源的一种，更是绿色低碳能源的代表，在环境保护方面具有极其重要的意义。然而，如何高效捕获自然界风能是当前首要研究重点。综合现有风电新能源的研究实况来看，若是想要捕获更多风能，需调节桨距，优化发电机组转速功率，作为其主要措施。此外，也需综合考虑到风电新能源的具体应用价值，实际应用目的，并综合电网运行的可行性、稳定性、经济性等原则特征，实现技术研发。

结束语

综上所述，现阶段风电新能源于并网技术运行较为良好，但是仍然存在诸多限制，由此，我国需加大力度创新研发，注重综合素质人才的培养，立足于电网实际之特点，综合电网建设相关需求，针对性选取将风力电网运行负荷降至最低的方案，从而显著降低功率损耗，创造更大的经济价值，提高社会整体收益。

参考文献

[1]李超锋.混合风电场并网电压稳定性研究[D].兰州理工大学,2020.

[2]李永强.含风电场的电网运营性能评估研究[D].兰州理工大学,2020.

[3]彭飞.风力发电并网运行的稳定性控制研究[D].南昌大学,2020.

[4]李玉娇.双馈式风电场并网系统的稳定性研究与改善[D].陕西理工大学,2020.

[5]王子琦.含储能的大型风力电场自启动控制策略研究[D].电子科技大学,2020.