分布式電源接入對(duì)于配電網(wǎng)短路電流影響的分析

1、分布式電源接入對(duì)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(duì)于繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作產(chǎn)生了影響，因此對(duì)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(jī)的分布式電源、基于異步發(fā)電機(jī)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(jī)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(jì)算，并對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組和光伏發(fā)電進(jìn)行了詳細(xì)的分析。20節(jié)點(diǎn)算例驗(yàn)證了三種分布式電源通用短路電流計(jì)算方法可行性。關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)電機(jī)組；光伏發(fā)電；同步發(fā)電機(jī)；異步發(fā)電機(jī)；逆變器；短路電流計(jì)算0引言近年來(lái)

2、，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在得到快速開展的同時(shí)，也遇到了并網(wǎng)平安問(wèn)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(duì)各種電力設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，調(diào)整繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作值，以及考慮是否加裝其他的保護(hù)裝置等，而進(jìn)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(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)短路電流計(jì)算提出了新的要求。文獻(xiàn)1提出了一種含分布式電源配電網(wǎng)短路計(jì)算的改進(jìn)方法，依據(jù)基于同步發(fā)電機(jī)的分布式電源、基于異步發(fā)電機(jī)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(shí)的不同運(yùn)行特性，采用相分量法和序分量法相結(jié)合的方法，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的電壓及故障點(diǎn)的短路電流。文獻(xiàn)2分別分析了基于同步發(fā)

3、電機(jī)和換流器的分布式電源對(duì)于配電網(wǎng)短路電流的影響，并得出基于同步發(fā)電機(jī)的分布式電源相對(duì)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(xiàn)3推導(dǎo)出不同定子電壓跌落程度下雙饋風(fēng)電機(jī)組定子短路電流的表達(dá)式，提出可有效減小短路電流計(jì)算誤差的定子電壓跌落系數(shù)修正方法。文獻(xiàn)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(wú)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(guò)其額定電流的1.5倍的結(jié)論，并對(duì)逆變器自身故障的保護(hù)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(xiàn)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(jì)算得到故障前逆變器的輸出功率，故障后維持恒功率運(yùn)行

4、。假設(shè)pw通變器本身三相對(duì)稱，即圖1中Ea,Eb,Ec為三相對(duì)稱電壓，逆變器的負(fù)序電勢(shì)和零序電勢(shì)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(wú)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(guò)相序變換關(guān)系可以得到正序電勢(shì)，用U表示。逆變器內(nèi)電勢(shì)只存在正序電勢(shì)，有功功率也只與正序電勢(shì)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(shí)逆變器內(nèi)部正序電勢(shì)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(xiàn)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(shuō)明由基于同步發(fā)電機(jī)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(xiàn)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(guò)其額定電流的1.5倍；光照強(qiáng)度較低時(shí)光伏電源供出的短路電流更?。还夥⒕W(wǎng)點(diǎn)下游遠(yuǎn)處發(fā)生短路將會(huì)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(jī)的分布式電源文獻(xiàn)1提出對(duì)于同步發(fā)電機(jī)，為簡(jiǎn)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(jì)及阻尼繞組時(shí)的電壓方程為：E"=6Ij/iXZ-(&)式中：E為次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)；Ra為同步發(fā)電機(jī)定子等值電阻；U為同步發(fā)電機(jī)端電壓；I1為同步發(fā)電機(jī)輸出電流。同

7、步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)等效電路如圖4所示。圖4同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)等值電路由于次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)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(lái)求得。打=商，仃)式中：U10為同步發(fā)電機(jī)短路前的端電壓；I10為同步發(fā)電機(jī)短路前的輸出電流。根據(jù)式(4)得到同步發(fā)電機(jī)的內(nèi)電勢(shì)Ea,Eb,Eco再由同步發(fā)電機(jī)出口電壓即可得到同步發(fā)電機(jī)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(jī)的分布式電源短路計(jì)算處理方法為：由穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算得到Uio和10,由式(7)得到同步發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)E。，再根據(jù)式(8)求得同步發(fā)電機(jī)的輸出電流。1.3基

8、于異步發(fā)電機(jī)的分布式電源文獻(xiàn)1提出，分布式電源中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用異步發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)可以用一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的磁鏈成正比的電動(dòng)勢(shì)，即次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)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(guò)程的等值電動(dòng)勢(shì)和阻抗。其次暫態(tài)等值電路圖與同步發(fā)電機(jī)相似，如圖3所示。其中，次暫態(tài)電抗X”的表達(dá)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(lì)磁電抗。次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)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(jì)算的狀態(tài)量來(lái)求得：£/=IH如x"+尺（10）式中：U

9、20為異步發(fā)電機(jī)短路前的端電壓；I20為異步發(fā)電機(jī)短路前的輸出電流。綜上所述，基于異步發(fā)電機(jī)的分布式電源短路計(jì)算處理方法與同步發(fā)電機(jī)相同。文獻(xiàn)3提出，提出了含雙饋風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)發(fā)生對(duì)稱短路故障時(shí)的短路電流實(shí)用計(jì)算方法。以故障點(diǎn)為分界，將電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化等值為含發(fā)電機(jī)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(jī)組定子短路電流表達(dá)式，并提出可有效減小短路電流計(jì)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(shí)用計(jì)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(xiàn)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(yán)重相電流的最大瞬時(shí)值。沖擊電流主要用于檢驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動(dòng)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(yán)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(yán)重情況，Km=2;Ta為短路電流非周期分量衰減的時(shí)間常數(shù)。為了校驗(yàn)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(diǎn)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(jì)算三相短路電流最嚴(yán)重相的短路容量。3算例分析本文采用文獻(xiàn)1中算例，如圖6所示。具體參數(shù)參考文獻(xiàn)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(xiàng)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(diǎn)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖在圖5所示的算例中進(jìn)行短路計(jì)算，在節(jié)點(diǎn)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(jìn)方法得到的結(jié)果與采用常規(guī)方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比照。2種方法的結(jié)果存在較大差異。改進(jìn)方法將潮流計(jì)算與短路計(jì)算相結(jié)合，考慮了分布式電源的暫態(tài)過(guò)程，在此根底上進(jìn)行短路計(jì)算，可以提高短路計(jì)算的有效性和精確性。4結(jié)語(yǔ)本文分別對(duì)三種分布式電源短路電流計(jì)算進(jìn)行了分析計(jì)算，并對(duì)雙饋式風(fēng)力發(fā)電和光伏風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，總結(jié)了目前計(jì)算分布式電源短路電流的實(shí)用計(jì)算方法。目前對(duì)各種分布式電源短路電流計(jì)算方法的適用場(chǎng)合和精確性比照的研究較少，同時(shí)通過(guò)短路電流的計(jì)算如何與繼電保護(hù)裝置配合這方面的文獻(xiàn)較少，有待于更深入的研究。1 參考文獻(xiàn)王成山，孫曉倩.含分布式電源配電網(wǎng)短路計(jì)算的改進(jìn)方法J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2021,3623：54-58.2 NatthaphobNimpitiwan,GeraldTho