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

侯金锁

上海能源科技发展有限公司， 上海市 200233

摘要：随着低碳理念的发展，风力发电逐渐落实。经过漫长的发展之后，现阶段此项技术已经非常成熟。受到风资源开发日渐频繁、单一风电场装机容量增多的影响，造成风力发电处于电网当中占据的比例逐渐变大。当风电接入之后，使电网当中的潮流分布情况发生了变化，再加上风速的间歇性造成风力机输出的功率缺少一定的稳定性，带给电力系统电压稳定性很大的不良影响。鉴于此，针对并网风电场带给电力系统电压稳定性的影响情况加以分析可谓十分关键。本文通过论述并网风力发电系统特征情况，并且分析了风力发电机组的管控模式，同时进行了并网风电场带给电压稳定性影响的仿真说明，以便带给相关电力系统电压稳定性影响研究工作人员一定的参考和帮助。

关键词：风电场；集中并网；电网短路；电流；影响

引言

大型风电场是电力系统中的重要组成部分，通过大型风电场的合理利用，能够有效减少传统能源的消耗，使得电力系统在实际服务过程中，可以达到节能减排的相应需求，同时还能符合低碳环保的相应需求，实现可再生资源的合理利用，从而推动电力系统的健康发展。而在大型风电场并网的过程中，会由于一些原因，造成相应问题的发生，会严重影响大型风电场的功能，所以需要对这些问题进行研究，并保证大型风电场并网的可靠性。基于此，本文对大型风电场运行的特点及并网运行的问题进行研究，确保实际大型风电场运行和并网过程中，保持较好的运行状态，促使大型风电场能够为并网提供较好的功能和作用。

1风电场

对于风电场升压站侧进行电能质量的治理思路有两种：

(1)在升压站并网点３５ｋＶ侧安装有源滤波器。此方案特点：设备结构复杂、安装调试烦琐、投资高、维护成本高、效果显著。

(2)在升压站并网点３５ｋＶ侧安装无源高通滤波器和磁阀式电抗器。此方案特点：设备结构简单、安装调试简单，投资低、维护成本低、效果显著。无源滤波器是大容量工业负载进行集中滤波和补偿的首选滤波器。

2风力发电机组的管控模式分析

(1)处于既定的运行风速区间当中，确保风力发电机组运行的稳定性;

(2)处于额定的风速环境当中，需要尽量获得更多的风能，使得风能的利用率得以提升;

(3)处于高风速的环境当中，应该对机组的功率输出加以有效限制，维持在相应的额定值区间当中，谨防出现风机转轴、发电机和电力电子设备过载的现象;

(4)实现对相关风力机组机械的有效保护。一些负荷在运行的过程当中，可以采用下述两类管控

模式:恒定叶尖速比方式、最大功率追踪方式。在这当中，前者的管控理念为在风力机组处于最佳的叶尖速比情况下，所输出的功率是最大的。进行实际管控的过程当中，需要把风力机的风能转换效率系数和叶尖速比间的特性有效储存到相应的管控系统之内，并且借助相关测定设备，能够得到现阶段环境当中的风速、转速，然后对比依靠计算获取的叶尖速比参考数值，把所形成的误差输入到管控系统当中，有利于缩小偏差。实际上，此类管控方式在风速、转速的测定准确度方面拥有很高的要求，由此能够看出其存在的弊端。而后者的管控方式则主要借助对转轴转速的控制方法，能够获得最大的风能。依靠此种模式，在风速测定的精准度、叶片的动态性方面敏感度不够，可以被运用到很多大型的风力发电机组当中。

在有关风电机组处于额定风速、全负荷的运行状态之下，应该对风轮、转轴、发电机的容量加以科学限制，基于减小叶片的负载、机组所受冲击影响的目的，可以借助对该系统的管控方式，使风力机组的输出功率得到一定的限制。通常情况之下，处于全负荷运行状态下的管控模式包含了三类，依次为定桨距管控、变桨距管控、主动失速管控。

3大型风电场并网运行的相应问题研究

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。

3.2对电网稳定性的影响

当大型风电场并网后，容易给电网的稳定性带来一定的影响，为了满足实际工作的相应需求，需要注意风电并网给电网稳定性的影响，当风电注入的功率相对较大时，就容易导致电压出现崩溃的问题，甚至电网出现整个崩溃的问题，所以，为了保证电网的稳定性，需要注意对风电并网的合理控制。

3.3不同并网方式对短路电流的影响

例如地区工业园区较多，工业园区为大型企业集中区域，大型企业供电主要是110kV直供为主，导致电网110kV间隔资源紧缺问题突出，大规模新能源集中接入使电网变电资源日趋紧张，同时系统短路电流逐渐攀升。

4短路电流限制措施

4.1积极推进数字化运维

数字化是风电场生产经营管理的重要发展趋势。利用数字化技术，结合新理论、新设备，弥补人类计算能力、分析能力等方面的不足，及时诊断出风电场机组运行异常，为风电场运行维护管理前瞻性和预防性提供有力支持，推动风电场发电机组运行从被动维护转变为主动防控，降低发电机组运行故障发生率。

4.2限流电抗器

在电力系统中加装限流电抗器是应用广泛且技术最为成熟的短路电流限制措施，采取的限流电抗器有串联电抗器、出线电抗器、母线分段电抗器等，但电网限流电抗器目前应用较少。限流电抗器通过增加系统等值阻抗来降低系统短路电流，对三相和单相接地短路均有很好的限制效果，限流电抗器的阻抗值越大，限流效果越显著，同时损耗增大，影响系统无功功率的平衡，因此加装限流电抗器同时适时进行无功补偿。

4.3摸清资源储量，确定统一规划理念

在未来海上风电大规模开发利用之前，应准确掌握海上风电的资源储量、分布特性，资源评估应先行。我国海岸线长，各地海洋/地质环境差异大、开发条件各异；随着开发技术的快速迭代，需要对现有的资源数据进行更新，确定最新的技术经济可开发量。由近海走向远海、由浅海走向深海，是海上风电未来发展的必然趋势。需要尽早掌握深远海的风能资源储量、分布情况，采用统一规划的理念来指导海上风电规模化开发和利用，从源头做好各类区域的整体规划、项目布局。

4.4中性点接地方式

电网330kV主变均为自耦变压器，且中性点均采取直接接地方式，中性点直接接地使本厂站和相邻厂站的零序等值阻抗急剧下降，导致地区多座变电站110kV母线单相接地短路电流大于三相短路电流。建议合理确定主变中性点接地方式，主变中性点直接接地点不宜过分集中，短路电流超标的供电分区适时考虑新能源升压变中性点采用不接地方式，将单相接地短路电流控制在合理的范围内。

结语

综上所述，鉴于风能的随机性、间歇性特征十分显著，与风电场运用异步发电机的部分特性，受到风电装机容量日益增大的影响，使其在配电网中的作用逐渐变大，应该确保风电并网运行的安全性与稳定性。面对此过程当中经常出现的风电系统电能质量降低、电压失稳等问题，有必要积极开展针对并网风电场带给电压稳定性影响情况的探究工作。为此，笔者经过查阅大量相关研究文献之后，基于三相短路故障之下，对两种机组的风电系统仿真情况加以分析和说明，把相应的控制器装置应用到常规的异步机组风电场当中，能够确保电压的稳定性，并且把相关转子短路保护装置应用到双馈异步机组风电场当中，可以让电压的稳定性得以提高，从而真正发挥出其应有的功效和作用。

参考文献

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