PDF《风电系统故障特征分析》

风电系统故障特征分析 王晨清1 ,宋国兵1 ,迟永宁2 ,刘凯3 ,申全宇1 ,汤海雁2 ( 1.

西安交通大学电气工程学院,陕西省西安市

7 1

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4 9;

2. 中国电力科学研究院,北京市

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9 2;

3. A B B( 中国) 有限公司研究中心,北京市1

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5 ) 摘要:故障特征分析是继电保护研究的基础, 文中旨在通过风电机组的受控特性并结合电力电子 器件的特点, 揭示风电电源对电网故障响应的电气量特征, 为现阶段研究含风电系统的继电保护奠 定基础.文中首先从风电机组的结构出发, 分析了影响风电电源故障特征的因素;

然后通过对风电 机组受控特性分析, 并结合单台风电机组低电压穿越测试数据, 给出风电电源受控下的故障特征;

最后通过风电场电磁暂态仿真模型下的故障数据和现场故障录波数据, 验证了所给出的一般故障 特征.研究结果表明, 风电电源在控制作用下和在电力电子自身特点限制下, 具有弱馈、 谐波、 频率 偏移和电源阻抗不稳定等特征. 关键词:风电系统;

故障特征;

低电压穿越;

测试数据;

仿真;

现场故障录波 收稿日期:

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1 0 -

3 1;

修回日期:

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2 0. 国家重点基础研究发展计划(973计划)资 助项目(2012CB215105).0引言 为缓解能源危机与环境污染, 包括风电在内的 可再生绿色能源的大力发展成为必然选择.中国的 风力发电发展迅速, 风电装机容量已居世界首位[ 1] . 风电的送出方式分为分布式和集中式两种.风电分 布式接入配电网时, 因其容量小对电网的影响不大, 而大规模风电集中接入的问题则不能忽视.继电保 护是电网安全运行的第一道防线, 风电电源的特殊 结构使其特性与常规电源有较大差异, 常规保护在 风电接入系统中存在适应性问题, 研究风电接入系 统的继电保护问题显得尤为重要[

2 ] . 故障特征是研究继电保护的基础, 诸多文献对 风电系统的故障特征展开了研究.故障特征的获取 途径可分为理论分析[

3 -

7 ] 、 建模仿真分析[

8 -

1 1] 、 实际 录波分析[

1 2 -

1 3 ] 等3种, 由于风电系统实际录波数据 较少且难以获得, 目前主要通过前两种方法对风电 系统的故障特征进行研究.文献[

3 - 7] 给出了电网 故障时双馈风电机组的短路电流表达式, 但其结论 是在基于大量假设和特定故障情况下给出的, 与实 际风电机组的故障特征并不完全相符.文献[

8 -

1 1] 基于仿真建模给出了风电系统短路电流 的故障特 征, 但模型的准确性和结果的可信度需要验证.文献[

1 2 -

1 3 ] 对某一种实际风电系统的录波数据进行 了分析, 从而得出一些特征结论, 但由于数据量较 少, 虽然真实但缺乏普遍性.综上所述, 目前对风电 系统的故障特征缺乏统一认识, 所给出的故障特征 或是由对具有特定控制策略的特定风电机组进行大 量故障仿真得出, 或是根据某一特定现场故障录波 数据得出, 该故障特征并不具有普遍性.为研究适 用于风电接入系统的保护原理, 研究不同控制策略 和不同类型风电机组的共性故障特征十分必要. 风电机组的故障特征与其自身控制密切相关, 而控制策略的多样性使其故障特征呈现出多种变 化, 这也增加了研究风电系统故障特征的难度.但 由于风电机组的控制目标基本相同, 同时在故障期 间必须满足电网低电压穿越的要求, 使得风电系统 具有基本的控制规律.风电的大规模集中接入方 式, 使得并网点既有直驱风电场又有双馈风电场接 入, 其送出线路表现为两种风电场的共同特征.因此, 对风电系统的研究应综合考虑两种风电机组的 影响, 总结出风电系统的一般故障特征.同时系统 发生故障时, 电气量的变化只是对故障的响应, 其故 障本质应该为网络拓扑参数的变化[