風(fēng)電場(chǎng)短路電流計(jì)算

李 惠

(內(nèi)蒙古華蒙電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

近年來，隨著國家對(duì)新能源的開發(fā)和利用，風(fēng)能資源越來越受到重視。我國風(fēng)能資源豐富，尤其對(duì)于一些交通不便、缺少火電資源的地區(qū)，可以因地制宜地利用風(fēng)能發(fā)電。在風(fēng)力發(fā)電電氣系統(tǒng)計(jì)算中，短路電流計(jì)算對(duì)設(shè)備選擇和校驗(yàn)意義重大，風(fēng)電場(chǎng)電氣設(shè)備參數(shù)的選擇是影響風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)性的重要因素。

1 風(fēng)電場(chǎng)短路電流計(jì)算模型

風(fēng)電場(chǎng)計(jì)算短路電流需要進(jìn)行等值阻抗計(jì)算，下面分別對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、箱變和主變壓器、集電線路阻抗換算進(jìn)行介紹。

1.1 單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的等值參數(shù)模型

在計(jì)算風(fēng)電接入的電網(wǎng)短路電流時(shí)，應(yīng)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的基本原理、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接入電網(wǎng)方式不同區(qū)別對(duì)待。直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組可予以忽略，固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組和雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組可以近似按照相同容量的感應(yīng)電機(jī)處理。

1.2 箱變和主變壓器的等值參數(shù)模型

風(fēng)電場(chǎng)的箱變和主變壓器在風(fēng)電場(chǎng)等值參數(shù)模型中，可以近似認(rèn)為變壓器的磁路是不飽和的，變壓器鐵芯的電抗值不會(huì)跟隨電流大小變化而變化，同時(shí)可以忽略勵(lì)磁電流對(duì)電抗值影響，最終等效成一個(gè)阻抗進(jìn)行短路電流計(jì)算。

1.3 集電線路的等值參數(shù)模型

當(dāng)集電線路采用電纜時(shí)，在進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)，需考慮風(fēng)電場(chǎng)箱變高壓側(cè)匯集線路以及各個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)組間相互連接的線路。將風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化為一個(gè)或多個(gè)參數(shù)模型，針對(duì)現(xiàn)有工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)電場(chǎng)集電線路等值參數(shù)對(duì)短路電流計(jì)算結(jié)果影響很大，需要考慮集電線路因素，不能忽略不計(jì)。

2 案例分析

2.1 工程概況

某風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)容量為20MW，裝設(shè)6臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，額定功率為3 300MW，額定電壓為0.69kV，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配置1臺(tái)箱式變電站。

集電線路和低壓電纜參數(shù)見表1,短路電流計(jì)算參數(shù)見表2。

表1 高壓和低壓電纜參數(shù)

表2 短路電流計(jì)算參數(shù)

表3 短路電流計(jì)算結(jié)果

2.2 短路電流計(jì)算

在風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)電機(jī)組和集電線路一般數(shù)量比較多，短路電流計(jì)算等效、化簡(jiǎn)工作量比較大，且針對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組及線路的短路情況都類似，因此，筆者只選取了2個(gè)典型的短路點(diǎn)。

圖1 短路電流計(jì)算正序網(wǎng)絡(luò)

目前我國一般采用《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》推薦的方法計(jì)算短路電流，首先需設(shè)定基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)容量、計(jì)算電路元件參數(shù)；其次需要對(duì)阻抗圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)。當(dāng)d1點(diǎn)短路時(shí)，需要對(duì)風(fēng)機(jī)、箱變和集電線路的阻抗進(jìn)行串聯(lián)求和，最終網(wǎng)絡(luò)等效為1個(gè)無限大電源和6個(gè)有限源的網(wǎng)絡(luò)，d2點(diǎn)短路時(shí)，需要將5臺(tái)風(fēng)機(jī)箱變和集電線路的阻抗進(jìn)行串聯(lián)求和后利用有限源電源等效，最終等效為1個(gè)無限大電源和2個(gè)有限源的正序網(wǎng)絡(luò)。

通過阻抗串并聯(lián)以及星三角表變換等網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)方式，分別求解無限大電源供給的短路電流和有限電源供給的短路電流，最終將計(jì)算結(jié)果求和，d1點(diǎn)短路電流結(jié)果為8.868kA，d2點(diǎn)為52.649kA。

短路電路計(jì)算的等值阻抗網(wǎng)絡(luò)圖見圖1，三相短路的短路電流計(jì)算結(jié)果見表3所示。

3 結(jié)論

由以上短路電流計(jì)算結(jié)果可知，35kV側(cè)短路電流為8.868kA，35kV側(cè)電氣設(shè)備短路電流水平按照25kA選擇，從而節(jié)約了設(shè)備投資，增加了風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。