风电接入电力系统故障电流的影响因素分析及对继电保护的影响

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1、第32卷第2期电力自动化设备Vol．32No．22012年2月ElectricPowerAutomationEquipmentFeb.2012风电接入电力系统故障电流的影响因素分析及对继电保护的影响张保会111123，李光辉，王进，郝治国，刘志远，薄志谦（1.西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049；2.宁夏电力公司调度中心，宁夏银川750001；3.ALSTOM输配电有限公司，英国斯塔福德ST174LX）摘要：在EMTDC／PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型。比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件

2、及控制策略下的仿真结果，验证了模型的正确性。同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果，验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性。在以上模型的基础上，仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征，结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素，研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础。关键词：风机；电力系统；电磁暂态模型；正确性验证；暂态分析；仿真中图分类号：TM77；TM614文献标识码：A文章编号：1006-6047（2012）02-0001

3、-08型风电机组变流器的控制策略及风电机低电压穿越0引言的实现方法认识不够深刻，同时缺乏风电场内部及能源危机和环境污染问题迫使人们不断去探索接入电网的一次接线的具体参数，仍未见有文章对风新的可再生清洁能源，加强对风能、太阳能等新能源电接入电力系统故障电流的影响因素进行深入分析。的开发已成为全人类的共识。2009年全球新增风电本文首先在EMTDC／PSCAD平台上建立了鼠装机3.831×107kW，总量达1.579×108kW，在可再笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂生能源行业中发展最快，预计到2020年风电占世界态模型。借助基于RTDS的直驱式风机数模混

4、合实总电力比例将达12%，风能的随机性将给电网带来验以及双馈式风电机组联网短路实验，分别验证了功率实时平衡的难题［1］。目前得到广泛应用的风力直驱式和双馈式2种机型电磁暂态模型的正确性。发电机组可分为3种类型［2］，分别为恒速恒频的鼠并从风电机组的运行特征、控制技术以及并网系统笼式机组、变速恒频的双馈式机组以及永磁直驱式机等方面研究了影响风电接入电力系统故障电流的各组，其中后2种机型中采用了大功率电力电子器件。项因素。由于风力发电机的控制技术与并网方式有别于常规1风机电磁暂态模型验证同步发电机［3-5］，二者在外部故障期间的故障暂态特性存在较大差异，因此传统基于同

5、步发电机的故障1.1基于RTDS的直驱式风机数模混合实验电流的分析方法不能直接用于风电机组。建立正确得益于日渐成熟的电力电子设备控制技术，近的风机模型并分析影响风电接入电力系统故障电流几年变速恒频式风电机组迅速发展，而当前风电机的因素，对于改进和研发适用于风电场的继电保护组制造商对机组保护、变流器控制参数持保密态度，具有重要意义。使人们对变速恒频型风电机组暂态特性、风电接入迄今为止，国内外许多专家已经对风电机组的对电网稳定的影响以及对继电保护的影响的深入研模型以及电磁暂态特征做了一些研究［6-8］，但是由于究都遇到了巨大的困难。缺乏实际风电机的故障录波数据，且制造

6、厂商对机数模混合仿真实验的实验模型由数字仿真和物组控制器模型和参数持保密态度，仍未见有文章对理模拟2部分构成［9-10］。RTDS平台提供了发电机、变其所采用的电磁暂态模型的正确性进行验证，而这压器、输电线路以及各类电力电子元件的数字仿真部分工作却是保证对现有继电保护改进与新型继电模型，这些电气元件的原理与特性已被人们所熟知，保护原理研究结果正确性的前提。由于对变速恒频其模型已广泛应用于各种场合并被实践所检验。直收稿日期：2011-09-06；修回日期：2011-12-21驱式风电机组变流器控制程序复杂，参数不易获取，基金项目：国家973计划资助项目（2009CB

7、219704）而且变流器控制器模型能对实验结果起决定性影ProjectsupportedbytheMajorStateBasicResearchDevelop-mentProgramofChina（973Program）（2009CB219704）响，至今仍未见有其完整、正确的数字仿真模型，因电力自动化设备第32卷此这部分采用实际使用的变流器控制器，作为物理障开始后一段时间内（约20ms），风电机组输出的电模型接入实验平台。实验时RTDS采用大小积分步流呈现不断增加的趋势。控制器通过检测机端电压长相结合的方式仿真除变流器控制系统以外的风电跌落情况判断外部发生故障，

8、进入低电压