大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响研究

韩钦 商永尚 宋如鹏

摘要：我国风电并网规模不断提升，对于系统短路电流的影响增加。基于此，本文结合风电场仿真模型，对风电机型、风电接入方式、风电装机规模对系统短路电流的影响分析，探究了大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响。

关键词：风电并网;风电装机规模;短路电流

引言

在传统的风电并网建设中，其规模相对较小，且普遍呈现分散式的开发状态，所以风电场对系统提供的短路电流更小，可以进行忽略。但是，集中并网的建设使得我国风电规模显著增加，导致风电机组对系统短路电流的影响明显提升，需要相关工作人员重点关注。

风电场仿真模型

在本次研究中，主要探究了风电场集中并网后对附近110kV及以上电压等级的母线短路电流的影响。所以，在本次研究中可以对不同风机之间的连接馈线的影响进行忽视。在风场仿真模型中，使用了单台等值机的建模方式，风电场接入系统的具体方式如下：在风电机端的电压为0.69kV，在集中接入过程中，经过了0.69kV/35kV以及35kV/110kV的两级升压，最终接入了系统侧的母线。

在本次仿真分析中，主要对风电机型、风电接入方式、风电装机规模的不同对系统电路的影响展开探究[1]。

大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响分析

风电机型的对系统短路电流的影响分析

在分析风电机型对系统短路电流的影响中，笔者使用了三机九节点系统，总负荷为350kV。其中，三台发电机都为常规的火电机组，额定有功出力为100MW、263MW以及210MW，同时，均使用了经典双轴模型。在实际的分析中，笔者对电力系统稳定器的影响也纳入了考量范围[2]。

在仿真分析中，利用风电场替代100MW的发电机组，使用的风机模型分别为定速风电机组、双馈风电机组以及直驱风电机组，单台容量分别为0.75MW、1.5MW以及2.5MW。并对替代发电机组在定速风机、双馈风机、直驱风机、停机、常规机组的状态下（风电接入系统侧母线电压为220kV）的母线三相短路电流水平展开分析，得出的结果如下：当机组处于停机的状态时，短路电流为1.51kA;当机组类型为定速风机时，短路电流为2.19kA，增值0.68kA;当机组类型为双馈风机时，短路电流为1.83kA，增值0.32kA;当机组类型为直驱风机时，短路电流为1.52kA，增值0.01kA;当机组为常规火电机组时，短路电流为2.91kA，增值1.40kA。

由上述的数据结果能够发现，在相同的外部三相故障发生时，常规火电机组产生的瞬时短路电流最高;定速风机的瞬时短路电流也相对较高，相比来说，双馈风机的瞬时短路电流相对较小，而直驱风机对系统短路电流的影响最小，可以忽略不计。

综上，常规火电机组对系统短路电流的影响最大;定速风机对系统短路电流的影响次之;双馈风机对系统短路电流的影响更小;而直驱风机对系统短路电流的影响最小，可以忽略。

风电接入方式对系统短路电流的影响分析

在展开大规模风电机组集中接入过程中，普遍使用的并网方式有两种：分别以单回线路的方式接入系统侧的并网点、各个风电场串联后接入系统侧的并网点。在本文的仿真分析中，主要对这两种风电接入方式对系统短路的影响展开分析。仿真分析中，设置各个风电场装机的容量为100MW，并控制接入并网点的线路参数具有一致性。

通过上述的仿真分析，得出的结果如下：当使用单回线路的方式接入系统侧并网点的方式时，产生的短路电流为31.97kA;当使用各个风电场串联后接入系统侧并网点的方式时，产生的短路电流为31.91kA。可以看出，使用第二种接入方式，即各个风电场串联后接入系统侧并网点的方式时，对系统短路电流的影响更低。笔者认为，这主要是由于在各个风电场厂在串联中，部分风机组与并网点的距离有所提升，所以对于系统短路电流的影响相对较小。

风电装机规模对系统短路电流的影响分析

笔者在对风电装机规模对系统短路电流的影响展开分析时，对于不同电压等级下的影响进行了参考与分析（均使用了双馈风机）。

1. 110kV电压等级下风电装机规模对系统短路电流的影响

设定仿真试验条件为接入系统侧母线电压等级为110kV，在不同风电机装规模下，得出的结果如下：当风电装机规模为0mw时，短路电流为11.47kA;当风电装机规模为50mw时，短路电流为11.73kA，增幅0.26kA;当风电装机规模为100mw时，短路电流为11.94kA，增幅0.21kA（相比于风电装机规模为50mw时的短路数据）;当风电装机规模为150mw时，短路电流为12.11kA，增幅0.17kA;当风电装机规模为200mw时，短路电流为12.25kA，增幅0.14kA;当风电装机规模为250mw时，短路电流为12.37kA，增幅0.12kA;当风电装机规模为300mw时，短路电流为12.47kA，增幅0.10kA。

由此能够看出，在110kV电压等级下，风电装机规模的增加使得并网点母线的短路电流增幅不断降低，短路电流变化的趋势逐步平缓。基于此，当风电装机规模的不断增加，对系统短路电流的影响趋于饱和。

2. 220kV电压等级下风电装机规模对系统短路电流的影响

得出的结果如下：当风电装机规模为0mw时，短路电流为50.20kA;当风电装机规模为100mw时，短路电流为50.46kA，增幅0.26kA;当风电装机规模为200mw时，短路电流为50.72kA，增幅0.26kA;当风电装机规模为300mw时，短路电流为50.95kA，增幅0.23kA;当风电装机规模为400mw时，短路电流为51.18kA，增幅0.23kA;当风电装机规模为500mw时，短路电流为51.39kA，增幅0.21kA;当风电装机规模为600mw时，短路电流为51.58kA，增幅0.19kA。

可以看出，在220kV电压等级下，风电装机规模对系统短路电流的影响与110kV等价下的影响保持一致。

同时，笔者也对330kV电压等级下风电装机规模對系统短路电流的影响完成了分析，得出的结果显示，在330kV电压等级下，风电装机规模对系统短路电流的影响与110kV等价下的影响保持一致。可以说明，在不同电压等级下，当风电装机规模的不断增加，对系统短路电流的影响趋于饱和。

总结

综上所述，常规火电机组对系统短路电流的影响最大、定速风机的影响次之、双馈风机的影响更小、而直驱风机的影响最小，可以忽略;各个风电场串联后接入系统侧并网点的方式时，对系统短路电流的影响更低;在110kV、220kV、330kV下，风电装机规模的不断增加，对系统短路电流的影响趋于饱和。

参考文献

李媛媛，孙自安，张志刚.大规模风电机组集中接入对系统短路电流的影响[J].中国电力，2018，51（4）：33–38+88.

周专，吕盼，宋新甫.大规模风电集中接入对系统短路电流的影响分析[J].电工电气，2015（11）：13–16+61.