风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响探析讨论
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摘 要：近些年随着我国社会主义市场经济快速发展，能源与环境问题日益突出，风能作为重要的可再生能源受到较大关注。随着风力发电技术全面发展，单台风机容量值在逐步增大。根据相关数据统计显示，目前在世界范围内主流风电机组额定容量在1至2.5MW，有部分机组最大额定容量能达到5至6MW，风电场装机容量在逐步扩大。并网运行风电场容量在逐步增加，风电场对电网运行中造成的影响更加突出，风电场发生故障之后，对于电力系统继电保护以及安全装置动作运行会产生较大影响，所以当前要对风力发电系统故障特征进行全面分析。
关键词：风力发电系统；短路故障；保护；影响
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.165
受到工业化生产发展影响，我国能源需求量逐步扩大，加上各项技术合理应用，风力发电范围逐步扩大。通过风力发电能产生充足电能，但是风能发电受到自然要素限制，发电阶段间歇性较为突出。风机与传统同步电机运行过程中产生的电流差异性较大。当电机运行中产生不同故障，馈入电网的故障电流具有不同形态调整，当前要电网故障特性进行优化。在原有的同步电机故障中建立的不同整定体系与运行原则都会受到不同程度破坏，不能保障系统稳定运行。当前可以
发挥出仿真软件应用价值，分析现场录波数据，判定故障特征变化，验证数据结果的真实性，能更合理地分析保护性能的影响。
1 风电系统结构及模型组建
在双馈风力发电结构组建和运行过程中，发电机组定子、转子和电网能保持稳定连接，在连接过程中会产生能量传递。此类结构组成过程中主要是应用了变速恒频技术，实际调速范围较大，能对风能实现有效利用。双馈发电机由不同部分构成，其中更主要有风力机、齿轮箱、控制结构、变流器等。在不同故障状态下要对永磁直驱同步风力发电机故障进行判定，技术人员可以应用仿真软件PSCAD组建风力发电系统基本模型，实际构成模型较多，例如风速测定模型、发电机结构模型、风力机模型等。在全功率控制电路连接基础上能将发电机与电网进行连接，在完整的电路中主要是由镇流器、逆变器、直流电路等部分构成。通关对直驱式永磁同步点击和系统不交换无功进行设定，使其在单位功率因数状态运行[1]。
2 风力发电系统短路故障特征分析
双馈风力发电机中具有Crowbar保护，当风力发电机运行故障产生了故障问题，Crowbar保护对发电机稳定运行以及后续故障特征判定会产生较大的影响。比如在Crowbar不动作状态下，对35kV集电线上不同故障位置各类故障基本类型进行分析，当Crowbar保护不动作，故障发生之后，部分相电流将会不断提升，故障发生率开始增大。当Crowbar保护不动作，故障发生之后，负序阻抗要低于正序阻抗，负序稳定值较强，正序阻抗幅值先增强而后降低。Crowbar保护动作处于不稳定状态，当故障发生之后，故障电流结拜呢频率能保持稳定值，没有发生较大变化。Crowbar保护动作，在35kV于330kV联络线在不同故障点具有不同故障表现特征，线路中点和风机侧故障结果于系统侧相似。Crowbar保护动作阶段，故障发生之后相电流会逐步扩大，比如负序阻抗值要远远低于正序阻抗值，负序值变化较为稳定。
通过对不同风电系统不同故障特征进行仿真，故障发生位置主要是在330kV联络线与系统侧以及35kV风机侧与系统层位置，故障发生之后，负序阻抗稳定值较高，故障发生之后两个工频周期时间中工序阻抗要高于负序阻抗。各个风电系统仿真状态下对不同位置故障进行判定，能发现较多典型的故障[2]。直驱风机和双馈风机相比，其暂态阻抗值较高，与相同容量等级的火电厂相比暂态阻抗值更高。
3 风电接入对保护的影响探析
从仿真结果典型故障来看，各类特征故障将会对投入保护平衡性具有不同程度影响，会诱发误动问题，产生的影响主要有以下几个方面。距离原件主要由故障分量距离原件以及全量距离原件。风电接入阶段功率方向原件不会受到较大影响，在背侧系统阻抗不稳定性影响下，故障分量方向元件保护受到影响。选相元件主要序分量选项原件、突变量选相原件、分相差动选相原件等。将风电引入全量距离选相原件以及分相差动选相原件不会发生较大影响。风电接入过程中差动保护元件不会受到较大影响，能保持稳定运行。
对于双馈风力发电来说，Crowbar保护动作应用现状具有关键性作用。如果联络線连接应用中发生接地故障问题，在设备风场侧将会发生严重的短路问题，短路电流主要是零序电流。当集电线和联络线产生不对称性故障时，在联络线风场侧和集电线风机侧非故障电流会逐步扩大，此类变化发生的主要原因时受到接线组别的影响。针对双馈风力发电，Crowbar保护不进行动作，针对联络线接地故障，在控制系统限幅作用全面影响下，相关技术人员通过对风机出口位置以及风场侧暂态电流值进行检测能发现，此处暂态电流值较低。由于长期受到控制系统影响，故障位置相电流能处于稳定的工频范围内。
对于双馈风力发电来说，Crowbar保护动作进行过程中，控制系统现幅作用会中断。联络线接地故障更加突出，和Crowbar保护动作进行对比，在风机出口位置以及集电线风机侧电流频率会发生相应变化，单相接地故障发生之后同步系统与风场之间能保持一定联系，电流频率能在较短时间内能有效恢复。
4 结语
综合上述，通关仿真分析加上录波数据获取可知，管理部门要对风力发电系统短路故障特征进行分析，为电网运行管理提供相应决策，这样能有效强化保护配置应用。
参考文献：
[1]滕予非，行武，张宏图等.风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响[J].电力系统保护与控制，2015，43（19）：29-36.
[2]郝永清.风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响[J].商品与质量，2016（33）：337+338.
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