含双馈风力发电系统的配电网短路电流特性

doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.011

上海交通大学学报 ›› 2023, Vol. 57 ›› Issue (7): 921-927.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.011

所属专题：《上海交通大学学报》2023年“新型电力系统与综合能源”专题

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含双馈风力发电系统的配电网短路电流特性

奚鑫泽¹(), 邢超¹, 覃日升¹, 何廷一¹, 和鹏¹, 孟贤¹, 程春辉²

1.云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明 650217
2.上海科梁信息科技股份有限公司,上海 200023

收稿日期:2022-01-13 修回日期:2022-12-05 接受日期:2022-12-05 出版日期:2023-07-28 发布日期:2023-07-28
作者简介:奚鑫泽(1988-),博士,从事新能源并网技术、系统分析等研究,电话(Tel.):0871-66345155;E-mail:cs_xxz@163.com.
基金资助:
国家自然科学基金(52167011);国家重点研发计划(2019YFE0118000)

Characteristics of Short-Circuit Current in Distribution Network with Doubly-Fed Wind Power System

XI Xinze¹(), XING Chao¹, QIN Risheng¹, HE Tingyi¹, HE Peng¹, MENG Xian¹, CHENG Chunhui²

1. Electric Power Research Institute, Yunnan Power Grid Co., Ltd., Kunming 650217, China
2. Shanghai KeLiang Information Technology Co., Ltd., Shanghai 200023, China

Received:2022-01-13 Revised:2022-12-05 Accepted:2022-12-05 Online:2023-07-28 Published:2023-07-28

摘要/Abstract

摘要：

双馈异步风力发电机(DFIG)作为分布式电源接入配电网,能将辐射状的单电源系统变为双电源系统,改变配电网的拓扑结构.当配电网发生短路故障时,配电网的短路电流会受到风力发电接入的影响.针对DFIG作为分布式电源接入配电网,配电网中不同点发生三相短路故障时短路电流受到风力机接入容量及接入点位置影响的问题,结合DFIG的控制策略进行理论推导和仿真分析.首先,从理论上推导含风力发电的配电网短路故障电流关系式,对风力机提供的短路电流进行分析.然后,引入模型预测控制,与经典的矢量控制进行对比分析得出不同控制策略对短路电流的影响,并在此基础上分析配电网在不同点发生三相短路故障时,短路电流随风力机接入容量及位置的变化情况,分析总结DFIG对配电网短路电流及电流保护的影响.

关键词: 双馈风力发电系统, 模型预测控制, 配电网, 短路电流

Abstract:

The doubly-fed induction generator (DFIG) is connected to the distribution network as a distributed power source, which turns a radial single power supply system into a dual power supply system and changes the topology of the distribution network. When a short-circuit fault occurs in the distribution network, the short-circuit current of the distribution network will be affected by the access to wind power. Aimed at the problem that the short-circuit current is affected by the access capacity of the wind turbine and the location of the access point when DFIG is connected to the distribution network by distributed power sources and a three-phase short-circuit fault occurs at different points in the distribution network, a theoretical derivation and a simulation analysis are conducted by combining the control strategy of DFIG. First, relational expression of short-circuit fault current of the distribution network including wind power is theoretically derived, and the short-circuit current provided by the wind turbine is analyzed. Then, model predictive control is introduced to be compared with classical vector control to analyze the impact of different control strategies on the short-circuit current. The changes in access capacity and location are analyzed when a three-phase short-circuit fault occurs at different points in the distribution network, and the impact of DFIG on the short-circuit current of the distribution network is summarized.

Key words: doubly-fed wind power system, model predictive control, distribution network, short-circuit current

中图分类号:

TK89

奚鑫泽, 邢超, 覃日升, 何廷一, 和鹏, 孟贤, 程春辉. 含双馈风力发电系统的配电网短路电流特性[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(7): 921-927.

XI Xinze, XING Chao, QIN Risheng, HE Tingyi, HE Peng, MENG Xian, CHENG Chunhui. Characteristics of Short-Circuit Current in Distribution Network with Doubly-Fed Wind Power System[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2023, 57(7): 921-927.

图/表 11

图1

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图3

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表1

表2

表3

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参考文献 13

[1]	徐覃萍. 风电接入对配电网继电保护的影响及其保护配置研究[D]. 南宁: 广西大学, 2014.
	XU Qinping. Research on the influence of wind power access to distribution network of relay protection and protection configuration[D]. Nanning: Guangxi University, 2014.
[2]	沈鑫, 曹敏. 分布式电源并网对于配电网的影响研究[J]. 电工技术学报, 2015, 30(Sup.1): 346-351.
	SHEN Xin, CAO Min. Research on the influence of distributed power grid for distribution network[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(Sup.1): 346-351.
[3]	傅旭, 李想, 王笑飞. 新能源发电接入对电网短路电流的影响研究[J]. 分布式能源, 2018, 3(1): 58-63.
	FU Xu, LI Xiang, WANG Xiaofei. Short circuit current of electric power system with new energy power generation[J]. Distributed Energy, 2018, 3(1): 58-63.
[4]	靳方超. 双馈风电场接入对其送出线路保护的影响[D]. 天津: 天津大学, 2014.
	JIN Fangchao. Influence of DFIG wind farms integration on transmission line protection[D]. Tianjin: Tianjin University, 2014.
[5]	贾耕涛, 翟学, 杨雪瑞. 考虑故障特性和保护约束条件的分布式电源准入容量研究[J]. 电力科学与技术学报, 2016, 31(4): 89-95.
	JIA Gengtao, ZHAI Xue, YANG Xuerui. Research on penetration level of DG considering fault characteristics and relay protection constraint[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2016, 31(4): 89-95.
[6]	杨国生, 李欣, 周泽昕. 风电场接入对配电网继电保护的影响与对策[J]. 电网技术, 2009, 33(11): 87-91.
	YANG Guosheng, LI Xin, ZHOU Zexin. Impacts of wind farm on relay protection for distribution network and its countermeasures[J]. Power System Technology, 2009, 33(11): 87-91.
[7]	程金牛, 童晓阳. 风电DG布置、容量等多因素对配电网电流保护的影响[J]. 电气应用, 2013, 32(16): 112-117.
	CHENG Jinniu, TONG Xiaoyang. Influence of DG arrangement, capacity and other factors on current protection of distribution network[J]. Electrotechnical Application, 2013, 32(16): 112-117.
[8]	王霄鹤. 双馈风力发电系统友好并网运行控制策略研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2019.
	WANG Xiaohe. Investigation on grid-friendly control strategy of DFIG wind power system[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2019.
[9]	RODRIGUEZ J, KENNEL R M, ESPINOZA J R, et al. High-performance control strategies for electrical drives: An experimental assessment[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012, 59(2): 812-820. doi: 10.1109/TIE.2011.2158778 URL
[10]	ZHANG Y C, ZHU J G, XU W. Analysis of one step delay in direct torque control of permanent magnet synchronous motor and its remedies[C]// 2010 International Conference on Electrical Machines and Systems. Incheon, Korea: IEEE, 2010: 792-797.
[11]	郑淑文, 靳鹏飞, 丁婧. 风电场接入配电网对电流保护的影响[J]. 通信电源技术, 2016, 33(2): 147-148.
	ZHENG Shuwen, JIN Pengfei, DING Jing. Wind farm access distribution network impact on current protection[J]. Telecom Power Technology, 2016, 33(2): 147-148.
[12]	DE CARVALHO R V R, NIELSON R, LIMA C R, et al. Operational conditions analyses of distributed generation (DG) connected on power distribution grid based on ieee Std. 1547[C]// 2013 IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies (ISGT Latin America). Sao Paulo, Brazil: IEEE, 2013: 1-8.
[13]	李凤婷, 李智才. 含异步机风电场的配电网故障特性及其保护分析[J]. 电网技术, 2013, 37(4): 981-986.
	LI Fengting, LI Zhicai. Analysis on impacts of asynchronous wind farm on fault current characteristics and protective relaying of distribution network[J]. Power System Technology, 2013, 37(4): 981-986.

风力机位置	I₁/kA	I₂/kA	I₃/kA	I_DG/kA
母线A	3.09	0	0	0.54
AB段50%处	2.13	0	0	1.10
母线B	2.24	0.001	0.001	1.19
BC段50%处	2.24	1.17	0.013	1.16
母线C	2.23	1.17	0.037	1.14
CD段50%处	2.23	1.15	1.15	1.13

风力机位置	I₁/kA	I₂/kA	I₃/kA	I_DG/kA
母线A	0.78	0.78	0.78	0.31
AB段50%处	0.72	0.78	0.78	0.33
母线B	0.64	0.81	0.81	0.36
BC段50%处	0.61	0.61	0.85	0.42
母线C	0.61	0.61	0.87	0.46
CD段50%处	0.60	0.60	0.60	0.50

容量/MW	电流/kA
容量/MW	2	4	6	8
I₁	2.24	2.24	2.24	2.24
I₂	1.17	1.36	1.62	1.84
I₃	0.037	0.039	0.042	0.046

容量/MW	电流/kA
容量/MW	2	4	6	8
I₁	0.61	0.60	0.58	0.56
I₂	0.61	0.60	0.58	0.56
I₃	0.82	0.86	0.91	0.96

[1]	刘传斌, 矫文书, 吴秋伟, 陈健, 周前. 基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频策略[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(1): 91-101.
[2]	姜恩宇, 陈宇, 施峥靖, 吴哲城, 林顺富, 李东东. 考虑碳配额引导需求响应的微电网能量管理策略[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(9): 1126-1136.
[3]	颜文婷, 杨隆, 李长城, 罗伟. 考虑地震攻击交通网影响的配电网韧性评估及提升策略[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(9): 1165-1175.
[4]	李俊双, 胡炎, 邰能灵. 计及通信负载与供电可靠性的5G基站储能与配电网协同优化调度[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(7): 791-802.
[5]	张蓬, 吕恭祥, 刘志杰, 朱守真, 邵智勇. 含电能路由器的配电网转供灵活性量化分析[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(5): 513-520.
[6]	陈雨婷, 赵毅, 吴俊达, 孙文瑶, 夏世威. 考虑碳排放指标的配电网经济调度方法[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(4): 442-451.
[7]	王昊, 黄文焘, 邰能灵, 余墨多, 孙国亮. 直流配网多滤波器交互影响机理分析[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(4): 393-402.
[8]	张晨宇, 孟帅. 基于模型预测控制的深海钻井立管再入井仿真分析[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(11): 1389-1399.
[9]	姜俊豪, 陈刚. 驾驶机器人转向操纵的动态模型预测控制方法[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(5): 594-603.
[10]	曾博, 穆宏伟, 董厚琦, 曾鸣. 考虑5G基站低碳赋能的主动配电网优化运行[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(3): 279-292.
[11]	沈阳武, 宋兴荣, 罗紫韧, 沈非凡, 黄晟. 基于模型预测控制的分布式储能型风力发电场惯性控制策略[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(10): 1285-1293.
[12]	杨博, 俞磊, 王俊婷, 束洪春, 曹璞璘, 余涛. 基于自适应蝠鲼觅食优化算法的分布式电源选址定容[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(12): 1673-1688.
[13]	周士超, 刘晓林, 熊展, 王旭, 蒋传文, 张沈习. 考虑韧性提升的交直流配电网线路加固和储能配置策略[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(12): 1619-1630.
[14]	李彪, 王立文, 邢志伟, 王思博, 罗谦. 飞机地面除冰资源协同控制[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(11): 1362-1370.
[15]	何德峰, 彭彬彬, 顾煜佳, 余世明. 基于高斯过程回归的车辆巡航系统学习预测控制[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(9): 904-909.

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Characteristics of Short-Circuit Current in Distribution Network with Doubly-Fed Wind Power System

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