双馈风机电流整定计算方法存在的问题与解决对策_郁琰佳.pdf

双馈风机电流整定计算方法存在的问题与解决对策郁琰佳（国网无锡供电公司，江苏 无锡 ）摘要：为解决双馈风机电流整定计算误差问题，以风电场风电机组电网继电保护电路模型为基础，借助双馈风机等效电路模型对三相短路故障电流和两相短路故障电流计算进行探究，分析在三相电路与两相电路功能特性差异下故障整定计算的问题。关键词：继电保护；整定计算；短路电流中图分类号：（，）：，：；收稿日期：引言继电保护是一种常见的电路保护装置，其定值整定计算不当可能引起保护装置误动或拒动，从而引发电力事故。为确保继电保护正确动作，被保护设备能够在各种功能电路中发挥效能，需要做好继电保护的定值整定计算工作。为解决整定计算问题，本文以双馈风机等效电路模型为例，对三相短路电流和两相短路电流计算方式进行分析，探究继电保护整定计算的优化方向，并对电流整定计算提出改进策略，以期为相关研究提供参考思路。双馈风机等效电路模型以双馈异步风力发电机及电网系统为例，其设备与电路设计简图如图所示，其中定子变流器与风机电网直连，转子变流器需要借助功率变换器与风机电网连接。图 双馈异步电机的电路拓扑简图结构双馈异步电机电路出现短路问题后其短路电流主要由转子与定子侧设备输出为主，因为该电路中的功率变流器无论在何种状态下都不会产生较高的短路电流，所以在该模型中可不考虑功率变流器对整个电路的影响。不考虑故障电路的磁饱和问题，转速处于恒定状态下的电路模型电压与磁链方程为：（）（）（）（）式中，、等符号均为常规电路参数符号；为模型电路中的定子绕组；为模型电路中的转子绕组；为电机转子的同步角速度；为电机转子的等差角速度；，其中 为定子绕组的漏感，为转子绕组的漏感，为激磁电感。依据式（）（）可构建电机模型的简化电路，如图所示。图双馈风电机组等效电路将式（）代入式（），可消除转子电流进而获得定子磁电工技术新能源系统与设备 链的表达式：（）然后将式（）代入式（），可得：（）（）用表示等效电动势，则：（）若设定子等效电感，则结合式（）可实现对式（）的简化，进而得到图的简化模型，如图所示。图 简化后的等效电路由图可得出双馈机组的短路电流，其表达式为：（）式中，。由式（）可知，若电网出现故障，则在等效阻抗与电压跌落均为恒定值时，能够影响电路短路电流的因素为电流中的等效电动势波动。风机短路电流的集电线路短路电流 双馈风机的短路参数以上述双馈风机故障模型为基础分析双馈风机电路的短路参数。当目标风机出现短路故障后，风机将进入保护环境，此时风机的正、负序工频参数将为单阻抗，可表示为：（）（）（）（）式中，为转子电阻与撬棒电阻的和；为工频角速度；为电机转差率，其中为电机故障时的转子角速度。变量与风速大小有关，可通过构建数学模型的方式求出，其他参数可通过查阅风机参数获得。集电线路三相短路电流计算设图中的阻抗参数均可折算为 的基准容量与 的基准电压。图 集电线路三相短路等值序网其中，用表示整个集电线路的阻抗，即：（）式中，为母线至集电线路下末风机升压变高压侧的部分线路阻抗；与分别为风机与变压器的等值阻抗；为电路下风机的个数。三相短路时整个电路的故障序网中只存在正序网络，此时风机的等值阻抗为正序单阻抗。其中非故障风机群电网的正序等值阻抗可表示为：（）图中 为集电线路从母线到短路点的线路阻抗，此时系统电源的短路电流为：（）（）而系统电源流过短路故障点的短路电流为：（）（）（）电路两相短路电流整定若上述模型故障属于两相短路故障，则常规电路短路的整定计算方法将无法适用于由风机负序与正序阻抗差异产生的电流整定，需要在电网下复合序网中代入实时风机的等值参数。该电网的复合序网电路简图如图所示。图短路的两相短路序网图中为非故障双馈发电风机集群的负序阻抗，将 代入式（）后，结合式（）可得到系统电源提供的短路电流：（）（）（）此时流过故障点的短路电流为：（）（）（）（）新能源系统与设备电工技术集电线路相间保护整定方法结合 的相关要求取灵敏系数为。此时电网下继电保护电流速断保护一次值应整定为：（）（）因为继电保护器的保护范围可延伸至箱变，所以应对箱变熔断器进行考虑。熔断器对电路的保护属于反时限特性，因此可取 为保护整定的系数。若保护动作时间为 ，则用（）表示动作电流的值为：（）（）若电网下电流的定值可以同时满足式（）、式（），则整定计算应对熔断器的灵敏度问题进行考虑，确保继电保护装置整定计算有可取值的空间。因为双馈风机在升压过程中其电路阻抗将高于集电线路下的阻抗，所以通常整定计算下的继电保护区间不会真正覆盖到低压侧。若电路过长且变压器靠近升压站，则可参照式（）进行整定计算，校验采用：（）（）式中，为从集电线路的母线到第一台升压变分支点间的阻抗；与分别为首个升压变的阻抗和其线路的阻抗。式（）右侧项表示集电线路最近风机机组升压变低压侧三相短路电流。式（）若具有可行性，则证明继电保护并未完全覆盖该电路；若不具有可行性，则证明继电保护已经覆盖整个电路，需要调节式（）中关于灵敏度的相关系数，确保升转低操作过程中电网发生短路故障时，其继电保护器仍具有保护能力，即按集电线路下末端箱变低压侧出现两相短路时的最大灵敏度整定。末端箱变低压侧的两相短路电流整定式为：（）（）（）当灵敏系数取 时，过流保护整定值为：（）（）能躲过电路中的最大负荷电流的判别式为：（）由式（）可得，风机数量与熔断器是否可以躲过负荷电流有关，若存在躲不过的情况，则可通过增加方向元件的方式进行完善。结语综上所述，本文通过双馈风力发电机组模型对电网故障下短路电流的整定计算进行分析，基于故障下三相短路电流和两相短路电流的整定计算明确区域下短路故障电流的整定计算方式，并提出集电线路相间保护整定方法。本文的电流定值整定计算分析过程可为相关电网下继电保护短路电流整定计算提供参考。参考文献 苏慧平 人工智能算法的船舶电网继电保护整定研究 舰船科学技术，（）：刘志峰智能电网的供配电系统继电保护整定技术研究通信电源技术，（）：于淼，汤亚芳，黄亦欣，等双馈风机控制方式对继电保护影响的研究电力系统保护与控制，（）：白杨继电保护整定计算方法存在的问题与对策山东工业技术，（）：韩敏基于电网自适应动态分区的继电保护一体化整定计算方法分析技术与市场，（）：朱胜强继电保护整定技术在智能电网供配电系统中的应用电子世界，（）：李斌，周勇，李明霞，等电力系统继电保护整定计算中运行方式的组合问题电力设备管理，（）：，马智慧继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策分析中国设备工程，（）：（上接第 页）孙孝峰，郝彦丛，王宝诚，等 微电网分布式储能单元荷电状态平衡和电压恢复 中国电机工程学报，（）：刘涤尘，马恒瑞，王波，等 含冷热电联供及储能的区域综合能源系统运行优化电力系统自动化，（）：吴雄，王秀丽，王建学，等微网经济调度问题的混合整数规划方法中国电机工程学报，（）：杨志鹏，张峰，梁军，等 含热泵和储能的冷热电联供型微网经济运行电网技术，（）：电工技术新能源系统与设备