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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:4014
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

风电场集中接入对集电线电流保护的影响研究

2020-07-17 15:29:36 产业经济 陈长宏
资料简介

摘要:风电机组由于区别于传统发电机,故障时馈出的短路电流会对风场内部的集电线的正确动作造成影响。此外, DFIG的撬棒保护动作情况,以及风场内部复杂多变的运行方式,也给风电场集电线电流保护的整定带来了新的挑战。对此,本文以典型风电场为例,建立了 DFIG的短路计算模型,分析了传统电流保护整定计算模式在风电场集中接入时存在的问题,并给出了相应的整定调整策略。结合仿真,验证了这些调整策略的正确性。

风电场集中接入对集电线电流保护的影响研究

陈长宏

大唐青海能源开发有限公司 青海西宁 810000

摘要:风电机组由于区别于传统发电机,故障时馈出的短路电流会对风场内部的集电线的正确动作造成影响。此外,DFIG的撬棒保护动作情况,以及风场内部复杂多变的运行方式,也给风电场集电线电流保护的整定带来了新的挑战。对此,本文以典型风电场为例,建立了DFIG的短路计算模型,分析了传统电流保护整定计算模式在风电场集中接入时存在的问题,并给出了相应的整定调整策略。结合仿真,验证了这些调整策略的正确性。

关键词:电流保护;故障特性;保护整定;风力发电机

1引言

风电场集中接入电网后,由于其复杂的短路电流特性和剧烈变化的运行方式,会影响传统电流的保护性能。发生故障时,风机提供的短路电流包含特殊的暂态分量和序分量;双馈型风机的撬棒保护动作时,风场内部的运行方式和短路电流分布会产生较大的变化。针对这些问题,传统的电流保护整定需要做出相应的改进,从而满足应用要求。

2计及励磁调节特性的DFIG短路计算模型

远区非严重故障情况下,DFIG的转子绕组仍由变频器进行励磁。此时,DFIG定子绕组故障电流特性与传统同步发电机的故障电流特性相比存在较大的区别。文献[7]通过研究DFIG定子电力的故障特性,指出定子绕组故障电流中只有衰减直流分量和强制基频分量,而不含衰减的基频分量。强制基频分量的大小则由电网电压跌落深度和低电压穿越运行期间所采用的控制策略共同决定。当DFIG的撬棒保护没有动作时,在控制策略下,DFIG等效为受控电流源模型,仅向外部提供正序电流。

3传统集电线电流保护整定方法存在的主要问题和调整策略

3.1传统电流保护Ⅰ段

(1)电流保护Ⅰ段整定计算存在的主要问题

在电流保护Ⅰ段整定中,关键在于正确计算集电线末端最小短路电流Imin-end。传统的整定方法中,所有风机将退出运行,只考虑系统提供的短路电流。这一整定方法的最大问题是没有考虑DFIG的撬棒保护动作所导致的分流作用。因此,在计算待整定集电线上的最小短路电流时,应考虑其他集电线上风机的撬棒动作情况。

(2)电流保护Ⅰ段整定方法的调整策略

在DFIG的撬棒保护不动作时,风机为有源支路,故可采用传统整定方法计算Imin-end。但当发生近区短路故障时,可能导致风电机组撬棒保护动作,此时DFIG励磁回路经撬棒电阻短接,失去励磁,其等值电路类似为异步电动机,会对系统的短路电流有分流作用,导致流过待整定集电线上的短路电流减小。集电线末端f点发生两相短路;系统最小运行方式;其他集电线上的DFIG全部投入运行,并且撬棒保护动作。

3.2传统电流保护Ⅱ段

(1)电流保护II段整定计算存在的主要问题

在电流保护Ⅱ段整定中,关键在于正确计算流过待整定集电线的最大短路电流Imax。传统的整定计算方法在计算Imax时,将风机看作传统发电机的电压源串接内阻抗的等效电源,故计算条件为所有风机全部投入运行。根据前述分析,故障发生时,DFIG的短路计算模型与传统发电机的等效模型有很大的不同:若DFIG的撬棒保护动作,则DFIG等效为异步电动机;若DFIG的撬棒保护没有动作,则DFIG等效为受控电流源模型,向外提供短路电流。此时,其他集电线上的风机会向待整定集电线上输出短路电流。故传统的整定方法的计算条件不一定适用于风电场集中时集电线电流保护Ⅱ段的整定。

(2)电流保护Ⅱ段整定方法的调整策略

箱式变低压侧的最大短路电流与电网的运行方式、其他集电线的风机运行方式和本集电线上其他风机的运行方式有关。每一个条件的变动,均会影响待整定集电线的最大短路电流。

①待整定集电线其他并联风电机组的运行方式

在传统的整定方法中,待整定集电线上并联的其他风电机组的运行方式为全部投入运行。考虑到DFIG的撬棒保护动作情况后,这些DFIG可以等效为异步电动机,此时DFIG由提供短路电流转变为吸收短路电流,从而减小短路阻抗并增大I3。故传统整定方法中待整定集电线上其他并联风电机组的运行方式应将DFIG的撬棒保护设置为动作动态。

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图1电流保护Ⅱ段整定等效示意图

4仿真分析

为了验证对集电线传统电流保护的分析和调整策略的正确性,以PSCAD/EMTDC为仿真平台。系统参数设置:基准电压为110kV,基准容量为100MV·A;最大运行方式下,正序阻抗为0.1693p.u.,零序阻抗为0.3286p.u.;最小运行方式下,正序阻抗为0.175p.u.,零序阻抗为0.355p.u.。风电场参数设置:单台风机额定容量为1.5MW,单台箱式变压器的额定容量为1600kV·A,变比为0.69/36.75kV,联结组别为Yd,漏电抗为6.44%;主变额定容量为100000kV·A,变比为36.75/115kV,联结组别为YY,漏电抗为10.6%;待整定集电线阻抗为0.243p.u.。

在构建的仿真模型中,当待整定集电线箱式变压器低压侧f点发生三相短路时,分别对以下5种整定方法进行仿真,Imax仿真结果如表2所示。表中△为按照调整后的方法得到的Imax相比于传统整定方法的Imax的变化率。①传统整定方法:系统最大运行方式,所有风机投入运行。②调整后的整定方法1:系统最大运行方式,待整定集电线上其他并联的DFIG的撬棒保护动作,其他集电线上的风机全部退出运行。③调整后的整定方法2:系统最小运行方式,待整定集电线上其他并联的DFIG的撬棒保护动作,其他集电线上的风机全部退出运行。④调整后的整定方法3:系统最大运行方式,待整定集电线上其他并联的DFIG的撬棒保护动作,其他集电线上的风机全部投入运行。⑤调整后的整定方法4:系统最小运行方式,待整定集电线上其他并联的DFIG的撬棒保护动作,其他集电线上的风机全部投入运行。

5结论

双馈风电机组复杂的故障电流特性对风电场集电线电流保护有重要影响,将严重影响风电场和电网的安全稳定运行。基于此,本文分析了DFIG的故障电流特性,建立了相应的计算模型。撬棒保护对DFIG故障电流有重要影响,传统同步发电机的次暂态电势串接次暂态阻抗模型已不适用,需要建立考虑撬棒保护动作的DFIG模型和计及励磁调节特性影响的DFIG模型。适用DFIG集电线电流保护与传统电流保护整定原则有较大区别,与系统的运行方式和风场内部的运行方式等因素有关。仿真结果证明了调整后的集电线电流保护整定方法的正确性。调整后的整定方法提高了风电场继电保护性能,对电网和风电场的安全稳定运行有重大帮助。

参考文献:

[3]彭东虎,曹娜,于群.风电场对继电保护选相元件的影响与改进[J].可再生能源,2014,32(4):418-423.

[4]刘群杰,樊艳芳,侯俊杰,等.计及接地变压器在风电场集电线路的零序电流保护研究[J].可再生能源,2018,36(7):1039-1045.

[6]孔祥平,张哲,尹项根,等.计及撬棒保护影响的双馈风力发电机组故障电流特性研究[J].电工技术学报,2015,30(8):1-10.

[9]徐殿国,王伟,陈宁.基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析[J].中国电机工程学报,2010,20(22):29-36.