摘要：我国新能源发电行业最近几年发展非常迅速，为我国经济建设贡献非常大，同时对传统电网也产生了一定的影响。本文以简单电力系统和某实际电网为研究对象，分析了风电、光伏接入对接入点短路电流的影响。计算结果显示，风电机组提供的短路电流衰减速度高于同步机组。受光伏电站中逆变器等电力电子装置的过载能力限制，光伏电站向系统提供的短路电流很小，光伏电站经多级升压后接入高压送电网中的短路电流基本可忽略不计。
关键词：新能源发电接入；电网短路电流；影响研究
引言
近年来，随着我国科学技术的快速发展，很多行业都迎来了新的挑战和机遇，电力行业也不例外。由于风电机组和光伏发电与常规水、火电机组发电基本原理不同，出力特性具有很大的随机性和不确定性，并网后对电力系统的影响与常规水火电机组也不同，加之新能源发电往往处于电网边缘或末端，电网结构相对薄弱，大规模新能源机组并网对电网运行的影响将日益突出。风电接入后电网的有功频率特性、暂态功角稳定性、无功电压特性、小干扰稳定性、电能质量、配电系统继电保护等诸多方面都将产生重大影响。风电机组类型主要包括鼠笼异步风
关键词：新能源发电接入；电网短路电流；影响研究
引言
近年来，随着我国科学技术的快速发展，很多行业都迎来了新的挑战和机遇，电力行业也不例外。由于风电机组和光伏发电与常规水、火电机组发电基本原理不同，出力特性具有很大的随机性和不确定性，并网后对电力系统的影响与常规水火电机组也不同，加之新能源发电往往处于电网边缘或末端，电网结构相对薄弱，大规模新能源机组并网对电网运行的影响将日益突出。风电接入后电网的有功频率特性、暂态功角稳定性、无功电压特性、小干扰稳定性、电能质量、配电系统继电保护等诸多方面都将产生重大影响。风电机组类型主要包括鼠笼异步风
机、双馈风机和同步直驱风机。光伏发电系统通过逆变器和电网相连，其输出电流特性取决于逆变器控制策略。本文研究风电机组和光伏发电对系统短路电流的影响：以简单系统为例，分析不同类型的风电机组对电网短路电流的影响规律。
1新能源接入电网的问题分析
（一）风电、光伏电压波动问题。在风电和光伏发电项目中，因其部署的分布性非常广，且对于自然资源变化带来的发电电压波动较大，故其成为并入电网的一大问题点。对于风力发电系统来讲，在风口必然存在风力大小及方向经常变化的情况出现，通过风力发电叶轮驱动发电机进行运转时，就会使得发电机转动时快时慢，这样发出的电能电压时高时表现非常不稳定。电压不稳定就不可以接入电网，否则会影响到整个电网的电能质量。光伏发电同样存在着类似的问题，因受到光照强弱程度影响，其电能转化后电压强弱也会出现不同程度的变化。（二）干扰问题。利用新能源进行发电过程中，必然存在的问题还有就是干扰问题，受到自然环境中不稳定因素的影响，如沙尘、雨雪、小型动物等对风电、光伏设备的干扰，必然会对发电后的电能质量产生或多或少的影响。这些干扰产生的杂波，同样是不能够送到电网中的，否则会对整个电网产生很大影响。故其在接入网前，必须经过有效的滤波整流处理。（三）电能输出过量或不足问题。电能输出的多少与实际使用情况密不可分，按需
1新能源接入电网的问题分析
（一）风电、光伏电压波动问题。在风电和光伏发电项目中，因其部署的分布性非常广，且对于自然资源变化带来的发电电压波动较大，故其成为并入电网的一大问题点。对于风力发电系统来讲，在风口必然存在风力大小及方向经常变化的情况出现，通过风力发电叶轮驱动发电机进行运转时，就会使得发电机转动时快时慢，这样发出的电能电压时高时表现非常不稳定。电压不稳定就不可以接入电网，否则会影响到整个电网的电能质量。光伏发电同样存在着类似的问题，因受到光照强弱程度影响，其电能转化后电压强弱也会出现不同程度的变化。（二）干扰问题。利用新能源进行发电过程中，必然存在的问题还有就是干扰问题，受到自然环境中不稳定因素的影响，如沙尘、雨雪、小型动物等对风电、光伏设备的干扰，必然会对发电后的电能质量产生或多或少的影响。这些干扰产生的杂波，同样是不能够送到电网中的，否则会对整个电网产生很大影响。故其在接入网前，必须经过有效的滤波整流处理。（三）电能输出过量或不足问题。电能输出的多少与实际使用情况密不可分，按需
供电是整个发电系统综合调配的结果。故当出现当前所发电量已经可以满足使用了，而自然环境中仍可驱动风电、光伏设备进行工作时，就会造成浪费或烧毁后级设备的情况。
2风电接入对短路电流的影响分析
（1）首先以一单机系统为算例，分析不同类型机组提供短路电流的能力和衰减速度。然后以西北地区某实际风电场为算例分析大量风电场接入后短路电流的特性。计算中采用不同类型的发电机组，分别为同步发电机组、鼠笼异步风电机组、双馈风电机组、同步直驱风电机组，各种类型的机组的容量均为20MW。（2）同步发电机。同步电机三相短路后，定子各相短路电流由基频周期分量、非周期及２倍频分量构成。由于定子绕组存在电阻，定子绕组中的非周期电流和倍频电流将以定子绕组的时间常数衰减至0。采用PSD-PBA计算三相短路后220KV高压母线的短路电流，10周波时发生三相永久故障，故障持续时间为0.2s，接地电阻和电抗均为0。从短路电流的衰减特性来看，其Os故障时的最大短路电流为180A，然后开始衰减，50ms时其短路电流衰减至117A，约衰减35％。（3）双馈异步风电机组。双馈异步风机的故障特性有异步电机和同步电机的双重特性，因为双馈风电机的转子侧设置了外加变流器励磁系统，三相短路瞬间，在双馈风机转子侧变流器保护Crowbar动作前，双馈电机转子仍有励磁电流直至转子电流越限超过设定时间后，转子Crowbar动作旁路转子侧变频
2风电接入对短路电流的影响分析
（1）首先以一单机系统为算例，分析不同类型机组提供短路电流的能力和衰减速度。然后以西北地区某实际风电场为算例分析大量风电场接入后短路电流的特性。计算中采用不同类型的发电机组，分别为同步发电机组、鼠笼异步风电机组、双馈风电机组、同步直驱风电机组，各种类型的机组的容量均为20MW。（2）同步发电机。同步电机三相短路后，定子各相短路电流由基频周期分量、非周期及２倍频分量构成。由于定子绕组存在电阻，定子绕组中的非周期电流和倍频电流将以定子绕组的时间常数衰减至0。采用PSD-PBA计算三相短路后220KV高压母线的短路电流，10周波时发生三相永久故障，故障持续时间为0.2s，接地电阻和电抗均为0。从短路电流的衰减特性来看，其Os故障时的最大短路电流为180A，然后开始衰减，50ms时其短路电流衰减至117A，约衰减35％。（3）双馈异步风电机组。双馈异步风机的故障特性有异步电机和同步电机的双重特性，因为双馈风电机的转子侧设置了外加变流器励磁系统，三相短路瞬间，在双馈风机转子侧变流器保护Crowbar动作前，双馈电机转子仍有励磁电流直至转子电流越限超过设定时间后，转子Crowbar动作旁路转子侧变频
器，转子绕组相当于经过电阻短路，双馈电机此刻呈现出与鼠笼异步机相同的特性，短路电流中周期分量和非周期分量都会很快衰减。（4）直驱同步风电机组。直驱永磁同步电机由一台以永磁体作为励磁的多级同步电机和一组背靠背的变流器组件构成。电机侧变换器由三相不可控整流桥和boot变换器构成，控制发电机转子转速以实现最大风功率跟踪。boot升压电路主要是为防止低风速下逆变器侧发生换向失败。采用全功率变换器的直驱式风电机组，电网侧故障对于发电机的影响较小。
3光伏发电对短路电流的影响分析
由于单个光伏电站的规模一般较小，因此地区光伏电源的发展通常都是采取多个光伏电站汇集至110、220、330KV变电站再全部送出，这样显然节约送出线路等资源。一个50MW（P）的光伏电站，每个发电单元采用1台1000KV?A、35KV箱式升压变压器，5台35KV箱式变压器组成1个光伏发电单元组汇集至35KV母线，共10个光伏发电单元通过35KV电压等级送至地区变电站升压330KV送出；每个光伏发电单元组内包含5个1MW（P）光伏发电模块。针对50MW（P）的光伏电站，分析光伏电站接入330KV变电站后，其330KV母线三相短路的变化情况。系统侧提供的短路电流占主要部分，光伏电站提供的短路电流很小。短路故障前50MW（P）光伏电站送至330KV变电站330KV母线的正常工作电流为95.9A，发生短
3光伏发电对短路电流的影响分析
由于单个光伏电站的规模一般较小，因此地区光伏电源的发展通常都是采取多个光伏电站汇集至110、220、330KV变电站再全部送出，这样显然节约送出线路等资源。一个50MW（P）的光伏电站，每个发电单元采用1台1000KV?A、35KV箱式升压变压器，5台35KV箱式变压器组成1个光伏发电单元组汇集至35KV母线，共10个光伏发电单元通过35KV电压等级送至地区变电站升压330KV送出；每个光伏发电单元组内包含5个1MW（P）光伏发电模块。针对50MW（P）的光伏电站，分析光伏电站接入330KV变电站后，其330KV母线三相短路的变化情况。系统侧提供的短路电流占主要部分，光伏电站提供的短路电流很小。短路故障前50MW（P）光伏电站送至330KV变电站330KV母线的正常工作电流为95.9A，发生短
路故障后1个周波时，光伏电站提供至黄河公司330KV变电站330KV母线的短路电流为2.7A，而系统侧提供的短路电流为14.7KA。因此，可得出如下结论：50MW（P）的光伏电站35KV汇集母线、光伏电站接入变电站330KV母线短路时，短路电流主要由系统侧提供，短路故障发生后，光伏电站提供的短路电流分量基本可忽略。对50MW光伏电站汇集至330KV电网的三相短路电流进行计算。可看出，系统侧提供的短路电流占主要部分，光伏电站支路的电流将迅速降至很小。
结语
对单台风电机组而言，普通异步风机对故障点提供的短路电流在50ms时一般可衰减近50％。双馈异步风机提供的短路电流故障瞬间较异步风电机组大，但其衰减速度非常快，50ms时一般可衰减近97％左右。直驱永磁同步风机提供的短路电流较之前2类机型明显较小，50ms时基本不提供短路电流。但风电场规模达到一定程度后，对系统的短路电流有较大影响。受光伏电站中逆变器等电力电子装置的过载能力限制，光伏电站向系统提供的短路电流很小，光伏电站经多级升压后接入高压送电网中的短路电流基本可忽略不计。在具体的工程计算中，光伏电站提供的短路电流可按额定电流的1.5倍估算。
风能发电原理
结语
对单台风电机组而言，普通异步风机对故障点提供的短路电流在50ms时一般可衰减近50％。双馈异步风机提供的短路电流故障瞬间较异步风电机组大，但其衰减速度非常快，50ms时一般可衰减近97％左右。直驱永磁同步风机提供的短路电流较之前2类机型明显较小，50ms时基本不提供短路电流。但风电场规模达到一定程度后，对系统的短路电流有较大影响。受光伏电站中逆变器等电力电子装置的过载能力限制，光伏电站向系统提供的短路电流很小，光伏电站经多级升压后接入高压送电网中的短路电流基本可忽略不计。在具体的工程计算中，光伏电站提供的短路电流可按额定电流的1.5倍估算。
风能发电原理
参考文献：
[1]张宁，周天睿，段长刚，等．大规模风电场接入对电力系统调峰的影响［J］．电网技术，2010，34（1）：152-158．
[2]石一辉，张毅威，闵勇，等．并网运行风电场有功功率控制研究综述［J］．中国电力，2010，43（6）：10-15．
[3]姚天亮，郑海涛，杨德洲，等．甘肃河西500万KW光伏就地消纳及调峰分析［J］．中国电力，2014，47（3）：14-18．
[4]乔颖，鲁宗相．考虑电网约束的风电场自动有功控制［J］．电力系统自动化，2009，33（22）：88-93．
[5]侯玉强，李威．大规模光伏接纳对电网安全稳定的影响及相关制约因素分析［J］．电网与清洁能源，2013，294）：73-76，84．
[1]张宁，周天睿，段长刚，等．大规模风电场接入对电力系统调峰的影响［J］．电网技术，2010，34（1）：152-158．
[2]石一辉，张毅威，闵勇，等．并网运行风电场有功功率控制研究综述［J］．中国电力，2010，43（6）：10-15．
[3]姚天亮，郑海涛，杨德洲，等．甘肃河西500万KW光伏就地消纳及调峰分析［J］．中国电力，2014，47（3）：14-18．
[4]乔颖，鲁宗相．考虑电网约束的风电场自动有功控制［J］．电力系统自动化，2009，33（22）：88-93．
[5]侯玉强，李威．大规模光伏接纳对电网安全稳定的影响及相关制约因素分析［J］．电网与清洁能源，2013，294）：73-76，84．
发布评论