一种双馈风机提供短路电流的计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈风机提供短路电流的计算方法及系统，其中方法包括：确定双馈风机参数，确定双馈风机的控制策略为Crowbar投入控制策略；基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗Z

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风机提供短路电流的计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统规划与运行
，更具体地，涉及一种双馈风机提供短路电流的计算方法及系统。

技术介绍

[0002]在电力系统规划设计和运行控制中，进行系统设备容量参数选择、保护装置定值设置及运行方式安排，均需要进行短路电流计算。短路电流计算结果对系统的安全性和经济性的协调具有重大影响。若计算结果偏大，需要选择较大容量的开关电器设备，增加投资；还可能会使得较多站点短路水平评价结果超标，增加额外限流措施投资的同时，还可能会降低系统运行可靠性。若计算结果偏小，虽然节省一次设备投资，但是断路器设备可能会面临遮断能力不足的问题，影响设备与系统的安全。随着电网的发展，负荷中心和电源密集接入地区的短路电流水平已接近断路器的额定遮断能力，对短路电流计算精度提出了更高要求。
[0003]风电、光伏发展初期呈现分散形式开发，提供给并网点的短路电流远小于并网点自身短路电流，不至影响系统安全稳定运行。但随着此类新能源单机容量以及装机规模越来越大，且呈现集中接入特点，其提供的短路电流不可忽略。截至2019年底，国网经营区内风电、光伏发电装机容量分别达到1.70亿千瓦、1.79亿千瓦，在多个省份已经达到相当大的比重，预计到2020年，风电装机容量将达到2.3亿千瓦，光伏装机规模达到2.6亿千瓦。新能源提供短路电流的计算结果成为影响短路电流计算精度的主要原因之一。新能源主要考虑风机和光伏，其中，风机包括双馈风机与直驱风机。科研人员针对直驱风机与光伏电站提供短路电流情况，提出了用于计算短路电流的机电暂态模型，但针对双馈风机短路电流计算的机电暂态模型尚未研究清楚。
[0004]目前，我国短路电流计算国家标准，GB/T 15544.1
‑
2013《三相交流系统短路电流计算第1部分：电流计算》，未提及关于新能源提供短路电流的计算方法。IEC标准与我国新能源接入电力系统技术规定在此方面有所涉及，但两者关于双馈风机提供短路电流的处理方式有所不同。
[0005]IEC 60909
‑
0：2016，Short
‑
circuit current calculation in three
‑
phase a.c.system—Part 0：Calculation of currents，提出双馈风机短路时采用电压源模型，风机总的正序短路阻抗Z
WD
，由下式(1)计算得出。
[0006][0007]式中U
rTHV
为机组变压器高压侧额定电压；κ
WD
为折算到变压器高压侧的短路电流峰值计算系数；i
WDmax
为变压器高压侧三相短路时的最高短路电流瞬时值。该标准提出，κ
WD
与换流器的控制保护参数相关，如果κ
WD
未知，可采用1.7。
[0008]根据该标准的计算方法，双馈风机提供短路电流与传统异步电动机相当，依然是
采用短路阻抗表征其提供短路电流的情况。虽然该方法提出了双馈风机短路阻抗的计算方法，其关键参数，如i
WDmax
需由厂家根据实验结果给出。由于双馈风电机组生产厂家众多，机组型号各异，该参数的可获得性差，致使该方法的实用性不足。
[0009]GB/T 19963
‑
2011《风电场接入电力系统技术规定》，提出总装机容量在百万千瓦及以上的风电场群，当电力系统发生三相短路故障并引起电压跌落时，每个风电场在低电压穿越过程中应具有动态无功支撑能力。风电场注入电网的动态无功电流应满足以下要求：
①
自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间不大于75ms，持续时间不少于550ms；
②
风电场注入电力系统的无功电流I
T
满足：
[0010][0011]式中：U
g
为风电场并网点电压标幺值；I
N
为风电场额定电流。
[0012]综上所述，目前短路电流的工程实用算法有两种。第一种基于IEC 60909
‑
0：2016中的原理，采用电压源模型，模型性质正确，短路阻抗均通过感应电动机的参数计算获得，但未考虑风机短路后转子侧串入的Crowbar电阻的影响，准确性欠佳；第二种基于GB/T 19963
‑
2011中风机低电压穿越过程中向系统注入无功补偿的原理，采用电流源模型，但该模型适用于短路后的机电暂态过程，不适宜应用于关注故障后数十毫秒的电磁暂态过程短路电流计算。
[0013]因此，亟需研究双馈风机短路电流计算的改进方法。

技术实现思路

[0014]本专利技术技术方案提供一种双馈风机提供短路电流的计算方法及系统，以解决如何对双馈风机提供的短路电流进行计算的问题。
[0015]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种双馈风机提供短路电流的计算方法，所述方法包括：
[0016]确定双馈风机参数，确定双馈风机的控制策略为Crowbar投入控制策略；
[0017]基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗Zf1，将计算出的所述双馈风机短路阻抗归算至单元变压器高压侧，获取归算后的双馈风机的短路阻抗Zf；
[0018]基于归算后的双馈风机短路阻抗Zf及单元变压器的短路阻抗Zt计算双馈风机供电单元短路阻抗Zs；
[0019]基于输电线路参数、变压器阻抗导纳参数、同步以及异步电动机直轴次暂态电抗、双馈风机供电单元短路阻抗以及额定电压Un生成节点导纳矩阵Y；
[0020]基于所述节点导纳矩阵Y利用三角分解法求得节点阻抗矩阵Z，基于所述节点阻抗矩阵Z计算短路电流。
[0021]优选地，还包括：
[0022]计算短路电流后，计算双馈风机单元变压器高压侧电压；
[0023]当双馈风机单元变压器高压侧电压小于0.9p.u.，则确定双馈风机提供短路电流。
[0024]优选地，所述基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短
路阻抗，包括：
[0025]计算Crowbar电阻R
CE
归算至双馈风机定子侧的归算值R
′
CE
，
[0026][0027]其中n为双馈风机定子与转子的匝数比，U
n
为双馈风机的额定电压，S
fn
为双馈风机的额定功率，R
CE
为Crowbar电阻；
[0028]Crowbar投入控制策略下双馈风机短路阻抗计算公式为：
[0029]X
f1
＝R
s
+jX
s
+jX
m
//(R'
r
+jX'
r
+R'
CE
)
[0030]R
s
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风机提供短路电流的计算方法，所述方法包括：确定双馈风机参数，确定双馈风机的控制策略为Crowbar投入控制策略；基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗Zf1，将计算出的所述双馈风机短路阻抗归算至单元变压器高压侧，获取归算后的双馈风机的短路阻抗Zf；基于归算后的双馈风机短路阻抗Zf及单元变压器的短路阻抗Zt计算双馈风机供电单元短路阻抗Zs；基于输电线路参数、变压器阻抗导纳参数、同步以及异步电动机直轴次暂态电抗、双馈风机供电单元短路阻抗以及额定电压Un生成节点导纳矩阵Y；基于所述节点导纳矩阵Y利用三角分解法求得节点阻抗矩阵Z，基于所述节点阻抗矩阵Z计算短路电流。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：计算短路电流后，计算双馈风机单元变压器高压侧电压；当双馈风机单元变压器高压侧电压小于0.9p.u.，则确定双馈风机提供短路电流。3.根据权利要求1所述的方法，所述基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗，包括：计算Crowbar电阻R
CE
归算至双馈风机定子侧的归算值R
′
CE
，其中n为双馈风机定子与转子的匝数比，U
n
为双馈风机的额定电压，S
fn
为双馈风机的额定功率，R
CE
为Crowbar电阻；Crowbar投入控制策略下双馈风机短路阻抗计算公式为：X
f1
＝R
s
+jX
s
+jX
m
//(R
′
r
+jX
′
r
+R
′
CE
)R
s
为双馈风机定子电阻，X
s
双馈风机定子电抗，X
m
为双馈风机激磁电抗；R
′
r
为转子电阻归算至定子侧后的值、X
′
r
为转子电抗为归算至定子侧后的值。4.根据权利要求1所述的方法，所述基于归算后的双馈风机短路阻抗Zf及单元变压器短路阻抗Zt计算双馈风机供电单元短路阻抗Zs，包括：双馈风机供电单元短路阻抗Z
s
＝Z
f
+Z
t
。5.一种双馈风机提供短路电流的计算系统，所述系统包括：初始单元，用于确定双馈风机参数，确定双馈风机的控制策略为Crowbar投入控制策略；第一计算单元，用于基于确定的双馈风机参数及Crowbar投入控制策略，计算双馈风机短路阻抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉红，张彦涛，孙华东，陆润钊，贺静波，卜广全，李亚楼，郭强，王雪琼，张健，叶俭，张立波，覃琴，赵珊珊，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：