風電場短路電流計算

李 惠

(內蒙古華蒙電力勘察設計院有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020)

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

1 風電場短路電流計算模型

風電場計算短路電流需要進行等值阻抗計算，下面分別對風力發(fā)電機組、箱變和主變壓器、集電線路阻抗換算進行介紹。

1.1 單臺風電機組的等值參數(shù)模型

在計算風電接入的電網(wǎng)短路電流時，應根據(jù)風電機組的基本原理、控制系統(tǒng)結構和接入電網(wǎng)方式不同區(qū)別對待。直驅式風電機組可予以忽略，固定轉速風電機組和雙饋變速風電機組可以近似按照相同容量的感應電機處理。

1.2 箱變和主變壓器的等值參數(shù)模型

風電場的箱變和主變壓器在風電場等值參數(shù)模型中，可以近似認為變壓器的磁路是不飽和的，變壓器鐵芯的電抗值不會跟隨電流大小變化而變化，同時可以忽略勵磁電流對電抗值影響，最終等效成一個阻抗進行短路電流計算。

1.3 集電線路的等值參數(shù)模型

當集電線路采用電纜時，在進行短路電流計算時，需考慮風電場箱變高壓側匯集線路以及各個風機機組間相互連接的線路。將風電場簡化為一個或多個參數(shù)模型，針對現(xiàn)有工程的實際經(jīng)驗，風電場集電線路等值參數(shù)對短路電流計算結果影響很大，需要考慮集電線路因素，不能忽略不計。

2 案例分析

2.1 工程概況

某風電場建設容量為20MW，裝設6臺風力發(fā)電機組，額定功率為3 300MW，額定電壓為0.69kV，每臺風力發(fā)電機組配置1臺箱式變電站。

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 短路電流計算參數(shù)

表3 短路電流計算結果

2.2 短路電流計算

在風電場中，風電機組和集電線路一般數(shù)量比較多，短路電流計算等效、化簡工作量比較大，且針對每臺風電機組及線路的短路情況都類似，因此，筆者只選取了2個典型的短路點。

圖1 短路電流計算正序網(wǎng)絡

目前我國一般采用《電力工程電氣設計手冊》推薦的方法計算短路電流，首先需設定基準電壓和基準容量、計算電路元件參數(shù)；其次需要對阻抗圖進行網(wǎng)絡化簡。當d1點短路時，需要對風機、箱變和集電線路的阻抗進行串聯(lián)求和，最終網(wǎng)絡等效為1個無限大電源和6個有限源的網(wǎng)絡，d2點短路時，需要將5臺風機箱變和集電線路的阻抗進行串聯(lián)求和后利用有限源電源等效，最終等效為1個無限大電源和2個有限源的正序網(wǎng)絡。

通過阻抗串并聯(lián)以及星三角表變換等網(wǎng)絡化簡方式，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，最終將計算結果求和，d1點短路電流結果為8.868kA，d2點為52.649kA。

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

3 結論

由以上短路電流計算結果可知，35kV側短路電流為8.868kA，35kV側電氣設備短路電流水平按照25kA選擇，從而節(jié)約了設備投資，增加了風電場的經(jīng)濟效益。