风电场短路电流计算

2022-01-18李惠

内蒙古科技与经济 2021年23期

李惠

(内蒙古华蒙电力勘察设计院有限公司，内蒙古呼和浩特 010020)

近年来，随着国家对新能源的开发和利用，风能资源越来越受到重视。我国风能资源丰富，尤其对于一些交通不便、缺少火电资源的地区，可以因地制宜地利用风能发电。在风力发电电气系统计算中，短路电流计算对设备选择和校验意义重大，风电场电气设备参数的选择是影响风电场经济性的重要因素。

1 风电场短路电流计算模型

风电场计算短路电流需要进行等值阻抗计算，下面分别对风力发电机组、箱变和主变压器、集电线路阻抗换算进行介绍。

1.1 单台风电机组的等值参数模型

在计算风电接入的电网短路电流时，应根据风电机组的基本原理、控制系统结构和接入电网方式不同区别对待。直驱式风电机组可予以忽略，固定转速风电机组和双馈变速风电机组可以近似按照相同容量的感应电机处理。

1.2 箱变和主变压器的等值参数模型

风电场的箱变和主变压器在风电场等值参数模型中，可以近似认为变压器的磁路是不饱和的，变压器铁芯的电抗值不会跟随电流大小变化而变化，同时可以忽略励磁电流对电抗值影响，最终等效成一个阻抗进行短路电流计算。

1.3 集电线路的等值参数模型

当集电线路采用电缆时，在进行短路电流计算时，需考虑风电场箱变高压侧汇集线路以及各个风机机组间相互连接的线路。将风电场简化为一个或多个参数模型，针对现有工程的实际经验，风电场集电线路等值参数对短路电流计算结果影响很大，需要考虑集电线路因素，不能忽略不计。

2 案例分析

2.1 工程概况

某风电场建设容量为20MW，装设6台风力发电机组，额定功率为3 300MW，额定电压为0.69kV，每台风力发电机组配置1台箱式变电站。

集电线路和低压电缆参数见表1,短路电流计算参数见表2。

表1 高压和低压电缆参数

表2 短路电流计算参数

表3 短路电流计算结果

2.2 短路电流计算

在风电场中，风电机组和集电线路一般数量比较多，短路电流计算等效、化简工作量比较大，且针对每台风电机组及线路的短路情况都类似，因此，笔者只选取了2个典型的短路点。

图1 短路电流计算正序网络

目前我国一般采用《电力工程电气设计手册》推荐的方法计算短路电流，首先需设定基准电压和基准容量、计算电路元件参数；其次需要对阻抗图进行网络化简。当d1点短路时，需要对风机、箱变和集电线路的阻抗进行串联求和，最终网络等效为1个无限大电源和6个有限源的网络，d2点短路时，需要将5台风机箱变和集电线路的阻抗进行串联求和后利用有限源电源等效，最终等效为1个无限大电源和2个有限源的正序网络。

通过阻抗串并联以及星三角表变换等网络化简方式，分别求解无限大电源供给的短路电流和有限电源供给的短路电流，最终将计算结果求和，d1点短路电流结果为8.868kA，d2点为52.649kA。

短路电路计算的等值阻抗网络图见图1，三相短路的短路电流计算结果见表3所示。