分布式電源接入對于配電網(wǎng)短路電流影響的分析

1、分布式電源接入對于配電網(wǎng)短路電流影響的分析摘要：隨著配電網(wǎng)中分布式電源的滲透率不斷提高，對于繼電保護裝置的正確動作產(chǎn)生了影響，因此對于不同分布式電源產(chǎn)生短路電流的分析顯得十分必要。接入配電網(wǎng)的分布式電源按照其接口可以分為基于同步發(fā)電機的分布式電源、基于異步發(fā)電機的分布式電源及基于脈寬調(diào)制逆變器的分布式電源3類。目前分布式電源應(yīng)用較多的是雙饋風(fēng)電機組發(fā)電和光伏發(fā)電，本文總結(jié)了三類分布式電源短路電流通用計算，并對雙饋風(fēng)電機組和光伏發(fā)電進行了詳細的分析。20節(jié)點算例驗證了三種分布式電源通用短路電流計算方法可行性。關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)電機組；光伏發(fā)電；同步發(fā)電機；異步發(fā)電機；逆變器；短路電流計算0引言近年來

2、，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在得到快速開展的同時，也遇到了并網(wǎng)平安問題的挑戰(zhàn)。大量分布式電源接入配電網(wǎng)中，有必要重新對各種電力設(shè)備進行評估，調(diào)整繼電保護裝置的動作值，以及考慮是否加裝其他的保護裝置等，而進行這些工作至關(guān)重要的依據(jù)就是短路電流值。由于各種不同類型分布式電源的引入，對含分布式電源的配電網(wǎng)短路電流計算提出了新的要求。文獻1提出了一種含分布式電源配電網(wǎng)短路計算的改進方法，依據(jù)基于同步發(fā)電機的分布式電源、基于異步發(fā)電機的分布式電源及基于脈寬調(diào)制逆變器的分布式電源3類分布式電源在故障時的不同運行特性，采用相分量法和序分量法相結(jié)合的方法，計算各節(jié)點的電壓及故障點的短路電流。文獻2分別分析了基于同步發(fā)

3、電機和換流器的分布式電源對于配電網(wǎng)短路電流的影響，并得出基于同步發(fā)電機的分布式電源相對于基于換流器的分布式電源產(chǎn)生較大短路電流的結(jié)論。文獻3推導(dǎo)出不同定子電壓跌落程度下雙饋風(fēng)電機組定子短路電流的表達式，提出可有效減小短路電流計算誤差的定子電壓跌落系數(shù)修正方法。文獻4仿真分析了光伏并網(wǎng)逆變器配電網(wǎng)短路故障，得出無論配電網(wǎng)發(fā)生三相或兩相短路，由光伏供出的短路電流都不超過其額定電流的1.5倍的結(jié)論，并對逆變器自身故障的保護提出了要求。1分布式電源處理方法1.1基于PW通變器的分布式電源文獻1提出，基于PW通變器的分布式電源短路處理方法為：由穩(wěn)態(tài)潮流計算得到故障前逆變器的輸出功率，故障后維持恒功率運行

4、。假設(shè)pw通變器本身三相對稱，即圖1中Ea,Eb,Ec為三相對稱電壓，逆變器的負序電勢和零序電勢均為零；Ua,Ub,Uc為電網(wǎng)三相電壓；P和Q分別為短路故障前逆變器輸出的有功功率和無功功率；L,|b,L為逆變器的三abc相輸出電流。等效電路如圖1所示。R+>¥£1Iup+j。；圖1逆變器主電路等效圖圖1中，X為逆變器輸出濾波器的電抗，R為逆變器輸出濾波器的等效電阻。電網(wǎng)三相電壓通過相序變換關(guān)系可以得到正序電勢，用U表示。逆變器內(nèi)電勢只存在正序電勢，有功功率也只與正序電勢有關(guān)。根據(jù)電壓降落和功率損耗的關(guān)系可以求得短路故障時逆變器內(nèi)部正序電勢E，如式(1)-式所示。U(1

5、)U(2)PRQXUPXQRUEUUjU(3)從而可以得到逆變器出口三相電壓Ea,Eb,Ec分別為:EaEEbej240E4Ecej120E再由電網(wǎng)三相電壓即可求得逆變器輸出三相電流值分別:j度一也'R十jX；E;=松一口'一RIjX文獻2提出基于換流器分布式電源的控制模型，如圖2所示。仿真結(jié)果說明由基于同步發(fā)電機分布式電源引起的短路電流增量大于基于換流器的分布式電源。t-EWE?芝4trdndazIK'urceSignalrnp|il|j<J<_lei1roller.llii|i:lklJ'MwiliiiifrrerMWIKj圖2基于換流器分布式電

6、源的控制模型文獻4給出分布式光伏電源的組成和控制如圖3所示，并得出如下結(jié)論：配電網(wǎng)發(fā)生三相或兩相短路，由光伏電源供出的短路電流都不超過其額定電流的1.5倍；光照強度較低時光伏電源供出的短路電流更小；光伏并網(wǎng)點下游遠處發(fā)生短路將會導(dǎo)致主電源供出的短路電流有所減小。圖3分布式光伏電源系統(tǒng)1.2基于同步發(fā)電機的分布式電源文獻1提出對于同步發(fā)電機，為簡化分析，假定d軸次暫態(tài)電抗與q軸次暫態(tài)電抗相等，即Xd"=Xq”,計及阻尼繞組時的電壓方程為：E"=6Ij/iXZ-(&)式中：E為次暫態(tài)電動勢；Ra為同步發(fā)電機定子等值電阻；U為同步發(fā)電機端電壓；I1為同步發(fā)電機輸出電流。同

7、步發(fā)電機的次暫態(tài)等效電路如圖4所示。圖4同步發(fā)電機的次暫態(tài)等值電路由于次暫態(tài)電動勢E具有短路前后瞬間維持不變的特性，所以可由故障前穩(wěn)態(tài)潮流討算的狀態(tài)，量來求得。打=商，仃)式中：U10為同步發(fā)電機短路前的端電壓；I10為同步發(fā)電機短路前的輸出電流。根據(jù)式(4)得到同步發(fā)電機的內(nèi)電勢Ea,Eb,Eco再由同步發(fā)電機出口電壓即可得到同步發(fā)電機輸出的三相電流值為:/=&E-乩十商"土S<8)=E.-g綜上所述，基于同步發(fā)電機的分布式電源短路計算處理方法為：由穩(wěn)態(tài)潮流計算得到Uio和10,由式(7)得到同步發(fā)電機次暫態(tài)電動勢E。，再根據(jù)式(8)求得同步發(fā)電機的輸出電流。1.3基

8、于異步發(fā)電機的分布式電源文獻1提出，分布式電源中的風(fēng)力發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機。異步發(fā)電機可以用一個與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的磁鏈成正比的電動勢，即次暫態(tài)電動勢E”以及相應(yīng)的次暫態(tài)電抗X”和定子等值電阻Ra作為定子暫態(tài)過程的等值電動勢和阻抗。其次暫態(tài)等值電路圖與同步發(fā)電機相似，如圖3所示。其中，次暫態(tài)電抗X”的表達式為：r=x,+AiA:E)入物十入J甬式中：X為定子漏抗；X為轉(zhuǎn)子漏抗；Xad為直軸電樞反響電抗，物理意義等同于勵磁電抗。次暫態(tài)電動勢E"也具有短路前后瞬間維持不變的特性。E0"可由故障前穩(wěn)態(tài)潮流計算的狀態(tài)量來求得：£/=IH如x"+尺（10）式中：U

9、20為異步發(fā)電機短路前的端電壓；I20為異步發(fā)電機短路前的輸出電流。綜上所述，基于異步發(fā)電機的分布式電源短路計算處理方法與同步發(fā)電機相同。文獻3提出，提出了含雙饋風(fēng)電機組的電力系統(tǒng)發(fā)生對稱短路故障時的短路電流實用計算方法。以故障點為分界，將電力系統(tǒng)簡化等值為含發(fā)電機支路和系統(tǒng)支路的二支路網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。推導(dǎo)出不同定子電壓跌落程度下的雙饋風(fēng)電機組定子短路電流表達式，并提出可有效減小短路電流計算誤差的定子電壓跌落系數(shù)的修正方法。%|恣°DPIG20kV/llDkV*F電網(wǎng)圖5短路電流實用計算方法的二支路等效網(wǎng)絡(luò)2短路沖擊電流和短路容量值文獻1提出，三相短路沖擊電流是指在最惡劣短路情況下

10、，三相短路電流中最嚴重相電流的最大瞬時值。沖擊電流主要用于檢驗電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動穩(wěn)定度，可用下式近似:Lq再旗尸巨(11山在心L11式中：IM為三相短路沖擊電流；If為最嚴重相的短路電流有效值；KM為短路電流沖擊系數(shù)，其值為12,這里取最嚴重情況，Km=2;Ta為短路電流非周期分量衰減的時間常數(shù)。為了校驗斷路器的斷流能力，定義短路容量S為：§=LS(12)式中：UN為故障前該點的額定相電壓有效值。由于在配電網(wǎng)中三相短路電流不相等，只需要計算三相短路電流最嚴重相的短路容量。3算例分析本文采用文獻1中算例，如圖6所示。具體參數(shù)參考文獻1。:1尸河g。潮F13!897101阡列1n區(qū)*

11、發(fā)電156"柴油發(fā)|再=0.2尸廣心<?AHC-010A=OIPc010.2?ABC=尸&項2Gaik注】12%Pac*1515昂-o.io"16=0.075-0,0IQ1JPaiF°2|17F<-03QfC?Anil2U叫列214Qaim01伽=0】.4J發(fā)嘲衛(wèi)柴油發(fā)電miM*辦心Pn-0.2(?邱1ME】Qb0J圖620節(jié)點配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖在圖5所示的算例中進行短路計算，在節(jié)點10處依次發(fā)生三相短路和單相接地短路故障，將采用改進方法得到的結(jié)果與采用常規(guī)方法得到的結(jié)果進行了比照。2種方法的結(jié)果存在較大差異。改進方法將潮流計算與短路計算相結(jié)合，考慮了分布式電源的暫態(tài)過程，在此根底上進行短路計算，可以提高短路計算的有效性和精確性。4結(jié)語本文分別對三種分布式電源短路電流計算進行了分析計算，并對雙饋式風(fēng)力發(fā)電和光伏風(fēng)力發(fā)電進行了詳細的介紹，總結(jié)了目前計算分布式電源短路電流的實用計算方法。目前對各種分布式電源短路電流計算方法的適用場合和精確性比照的研究較少，同時通過短路電流的計算如何與繼電保護裝置配合這方面的文獻較少，有待于更深入的研究。1 參考文獻王成山，孫曉倩.含分布式電源配電網(wǎng)短路計算的改進方法J.電力系統(tǒng)自動化，2021,3623：54-58.2 NatthaphobNimpitiwan,GeraldTho