近些年來(lái)世界風(fēng)電發(fā)展迅猛，自2010年中國(guó)已經(jīng)成為風(fēng)電裝機(jī)容量最多的國(guó)家，尤其是內(nèi)蒙、甘肅、吉林等地區(qū)風(fēng)電發(fā)展很快。但風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模接入給電網(wǎng)造成的影響也越來(lái)越明顯，其中風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影響已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)領(lǐng)域備受關(guān)注的問(wèn)題。
隨著風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)容量的增加，其短路電流對(duì)保護(hù)的影響不能再忽略不計(jì)。不精確的短路電流計(jì)算會(huì)影響故障分析的結(jié)果，進(jìn)而使保護(hù)動(dòng)作特性的評(píng)估產(chǎn)生誤差。因此，有必要深入研究風(fēng)電場(chǎng)短路電流特性，并對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入后的電網(wǎng)故障分析方法進(jìn)行研究。
目前已有文獻(xiàn)針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)短路電流計(jì)算進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[1,2]將雙饋風(fēng)電場(chǎng)等效為一臺(tái)等容量的雙饋風(fēng)機(jī)，并將Crowbar投入后的雙饋風(fēng)機(jī)作為異步發(fā)電機(jī)處理，計(jì)算了雙饋風(fēng)電場(chǎng)的短路電流。文獻(xiàn)[3,4]利用電氣參數(shù)和輸出功率求取等效風(fēng)速，建立了永磁風(fēng)電場(chǎng)的單機(jī)等效模型，并將其等效為恒功率電流源，計(jì)算了永磁風(fēng)電場(chǎng)的短路電流。
但以上研究均未考慮風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)機(jī)的多樣性，以及故障期間控制策略對(duì)短路電流的影響。而目前風(fēng)電機(jī)組普遍具有低電壓穿越能力，其在故障期間低電壓穿越控制策略將對(duì)其短路電流特性造成很大影響；且已有部分混合型風(fēng)電場(chǎng)在建設(shè)過(guò)程中裝配了雙饋、永磁兩類(lèi)機(jī)組，這兩類(lèi)風(fēng)機(jī)的短路電流特性存在較大區(qū)別。因此，忽略控制策略與風(fēng)機(jī)類(lèi)型的影響會(huì)使風(fēng)電場(chǎng)短路電流計(jì)算產(chǎn)生較大誤差，有必要考慮控制策略的影響，提出含雙饋、永磁風(fēng)電機(jī)組的混合型風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)模型。
風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)總量可達(dá)到幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)，對(duì)每臺(tái)機(jī)組均詳細(xì)建模，會(huì)極大的增加計(jì)算難度，因此，需在分析風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)模型的基礎(chǔ)上，提出風(fēng)電場(chǎng)的簡(jiǎn)化方法。文獻(xiàn)[5,6]提出了以故障瞬間風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和槳距角動(dòng)作特征為分群指標(biāo)的風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化等效方法。但上述研究主要用于簡(jiǎn)化仿真復(fù)雜度、減少計(jì)算時(shí)間，無(wú)法給出解析模型。
文獻(xiàn)[7,8]基于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量值進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，建立了風(fēng)電場(chǎng)的辨識(shí)模型。但該研究主要用于潮流計(jì)算與穩(wěn)定性分析，在穩(wěn)態(tài)時(shí)具有較高的準(zhǔn)確度，暫態(tài)時(shí)準(zhǔn)確度較差，不適用于風(fēng)電場(chǎng)的故障暫態(tài)過(guò)程分析。因此有必要分析風(fēng)電場(chǎng)故障暫態(tài)特性，提出適用于短路計(jì)算的風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化等效方法。
此外，由于風(fēng)機(jī)多樣性與低電壓穿越控制策略的影響使得風(fēng)電場(chǎng)與同步發(fā)電機(jī)的故障特性存在較大區(qū)別。簡(jiǎn)單的將故障后風(fēng)電場(chǎng)等效為同步發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行故障分析將會(huì)產(chǎn)生較大誤差。傳統(tǒng)以同步發(fā)電機(jī)為基礎(chǔ)的電網(wǎng)故障分析理論已難以滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)接入后電網(wǎng)故障分析的要求。
本文首先分析故障期間控制策略對(duì)風(fēng)機(jī)暫態(tài)過(guò)程的影響，建立雙饋風(fēng)機(jī)與永磁風(fēng)機(jī)的單機(jī)等效模型；在此基礎(chǔ)上，采用分群聚合等效的方法，建立含多類(lèi)型風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化等效模型；進(jìn)一步分析風(fēng)電場(chǎng)短路電流的變化規(guī)律，給出風(fēng)電場(chǎng)的短路電流計(jì)算方法。最終采用RTDS建立含多類(lèi)型風(fēng)機(jī)的物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證所提短路計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。最后，在分析風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化等效模型的基礎(chǔ)上，提出適用于風(fēng)電場(chǎng)接入的電網(wǎng)故障分析方法。
圖1雙饋風(fēng)電機(jī)故障后等效電路
結(jié)論
針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)故障分析中風(fēng)機(jī)類(lèi)型多樣、現(xiàn)有模型無(wú)法等效風(fēng)電場(chǎng)的故障暫態(tài)過(guò)程等問(wèn)題。本文考慮了低電壓穿越控制策略的影響，建立了雙饋與永磁風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)等效模型。并在分析故障期間短路電流變化機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用分群聚合等效，提出了風(fēng)電場(chǎng)的短路電流計(jì)算方法。并在此基礎(chǔ)上對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)接入的電網(wǎng)故障分析方法進(jìn)行了探討與分析。
RTDS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測(cè)試結(jié)果表明：
1）分析了低電壓穿越控制策略對(duì)風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)過(guò)程的影響機(jī)理，根據(jù)我國(guó)新的風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，建立了故障期間雙饋風(fēng)機(jī)與永磁風(fēng)機(jī)的等效模型，準(zhǔn)確的描述了各類(lèi)風(fēng)機(jī)的暫態(tài)過(guò)程。
2）經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文所提的風(fēng)電場(chǎng)短路電流計(jì)算方法不僅能夠精確的計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的短路電流的初值與穩(wěn)態(tài)值，還能較準(zhǔn)確的描述短路電流的變化規(guī)律。
3）針對(duì)故障穩(wěn)態(tài)時(shí)雙饋、永磁風(fēng)機(jī)等效電路的特性，提出了適用于風(fēng)電場(chǎng)接入的電網(wǎng)故障分析方法，準(zhǔn)確計(jì)算了風(fēng)電場(chǎng)接入后的電網(wǎng)在對(duì)稱(chēng)、不對(duì)稱(chēng)故障下各支路中的短路電流。
