华北电网风电短路试验总结

华北电网风电短路试验总结1、引言2009年11月3日，在张北国投满井风电场 35kV母线进行三相短路试验。试验运行方式：张北 110kV母线分母运行，将国投满井一、二期风机和国华三、四期风机共同接于张北 110kV 4母线，将国投满井三、四期风机、国华一、二期风机以及张北地区其余风电场及负荷接于张北110kV5母线。故障点位于国投满井一期 35kV母线(二期与一期母联开关 345闭合)，故障持续时间为200毫秒。试验期间，除国投满井一、二期及国华四期各留一台风机运行且其余风机退出运行外，其它风电场为正常运行。设置4个接入录波器的试验测点：国投满井一、二期、国华四期三台预留试验风机，以及从正常运行的国华一期选择的一台风机。其它试验数据取自国投满井110kV变电站、张北220kV变电站、单晶河220kV变电站、万全500kV变电站等。本次试验的特点如下：1）华北电网首次进行的风电场短路试验，实测有关风机短路电流、线性动态模型参数、非线性保护特性等；2）测试风机为在占京津唐电网风机总容量45%的GE双馈风机和西班牙EHN双馈风机。3）测点既包括短路点附近国投满井一、二期（风机定子电压降低幅度为80～95%）、距离短路点56公里的国华四期（风机定子电压降低幅度为25%）以及远离短路点的国华一期（风机定子电压降低幅度为2%），全面考核在定子电压不同低落幅度下双馈风机的动态响应。4）测量双馈风机启动并网特性、故障情况下风机提供短路电流特性、风机低压保护特性等。2、试验数据及仿真分析万全张北21潮流图(单位:kV、MW、MVar)尚义国华G1张北11国华12康保卧龙庙洼 卧龙张北12 清三单晶沽源清三国投12 龙源国投11龙源五花五花1D单晶31国投G11D单晶G1图1、短路试验方式下张北地区电网结构图国投满井35kV母线故障期间，各测点电压低落情况母线名称电压低落幅度%备注故障期间/初始值国投110kV58.9%34.95/59.238张北110kV4母线72.75%43.1/59.24张北110kV5母线95.6%58.03/60.7张北220kV93.6%57.343/61.25单晶河220kV93.9%56.725/60.047万全220kV99.7%59.88/60.079国投满井一690V3～5%国投满井二期12000V17.6～32.6%国华四期690V73.3～74.9%国华一期690V98.7%表1国投满井35kV母线故障期间，各测点短路电流(有效值)情况名称短路电流A备注国投满井35kV总故障电流4700~5020A波形畸变，仅供参考国投满井110kV111开关电流1320～1379A（基波有效值）二次值8.25～8.62A,CT变比800/51840~2784A（真有效值）二次值11.5～17.4A,,CT变比800/5国投满井1#变压器110kV电流波形畸变,CT变比400/5国投满井1#变压器35kV电流3864～3960A（基波有效值）二次值16.1～16.5A,CT变比1200/55496~5592A（真有效值）二次值22.9～23.3A,CT变比1200/5国投满井1#变压器35kV电流4149～4334推算值国投满井一期15#机（690V）2114A，CT饱和，为1.68倍额初值1121A(有效值)定（1255A）1391A初值722.5A（峰），511A(有效值)国投满井二期4-3机（12000V）718A，为9.97倍额定初值58.9A（有效值）存在比较大的直流分量，基波电流271，为3.76倍额定（72A）700A初值50（有效值）国华四期1#机（690V）1258.8A初值392.5A(有效值)37.5A初值14A(有效值)国华一期10#机（690V）380A初值316.8A(有效值)51A 初值30（峰），21A(有效值)表2故障期间四台测试风机的无功响应情况风机名称电压低落幅有功(MW)初始无功最大无功度%(MVar)(MVar)国投满井一期15#3～5%268基本为0455690V1440776国投满井二期4-317.6～32.6%125098012000V1230940国华四期1#73.3～74.9%16.830690V429906国华一期10#98.7%463.5234.5690V表3基于BPA程序（采用缺省设置的双馈风机模型参数），对短路试验进行仿真分析，主要得到以下结论：（1）故障点系统提供的短路电流、张北 220kV和110kV4、5母线、国投满井110kV母线电压跌落幅度等，实测值与仿真值比较接近，最大误差5%。（见BPA）BPA仿真结果为基波有效值，实测为“真”有效值（为直流偏置与基波有效值的和）。说明电网仿真模型具有足够的准确度。（2）短路故障期间（本次试验故障持续时间为 200毫秒），双馈风机持续提供短路电流（不同于有些文献报道的只提供几十毫秒的短路电流），基波最大值为额定值的1.68～3.76倍，计及直流偏置后最大达到额定值的9.97倍。（3）BPA缺省设置为风电场监控系统退出运行，双馈风机为恒定功率因数（或无功恒定为零）控制，正常运行时机组无功为零，与现场实际情况相符合。（4）双馈风机具有一定的无功支撑能力，如国投满井风电场一期和二期风电机组，在短路期间，最大无功分别达到 776、980Mvar(越接近短路点，直流偏置影响越大，滤除直流偏置后，约为292、370MVar)。（5）根据试验数据，总结风机无功响应相应曲线三大特征（即无功最大值、无功上升或下降斜率、是否存在反向超调或振荡），采用BPA等程序拟合对比及参数灵敏度分析，得到与现场试验最接近的风机模型参数（见附表）。（6）用BPA、PSASP等电力系统机电暂态稳定计算程序， 对双馈风机外特性进行仿真，除了包括基波定子电压、电流外，还包括有功、无功功率，对风电试验录波仪器提出比较高的要求，如滤掉短路电流中的直流偏置以及计算显示基波有功、无功等。3、现场试验发现的问题3.1双馈风机启动并网与有些文献上描述的风机“软并网”过程存在差异，风机并网瞬间，出现持续1秒的最大0.5倍额定电流的无功冲击（见下图），随后，风机定子电流变为零，经历30秒左右，纯有功电子电流（功率因数为1）从零逐渐增大到正常运行值。因此，如果大量双馈风机同时并网，也可能短时对电网无功造成冲击，引起系统电压波动。图2、国投一期15#机启动并网图局部放大图局部放大图3.2双馈风机的低电压保护在系统发生短路故障期间，国投满井一期 15#GE风机和二期4-3西班牙风机定子电压降低至 ，低电压保护动作，经历50秒风机跳闸（见下图3）；国华四期1号机定子电压降低至 ，200毫秒后故障消失，经历 4.9秒，风机跳闸，现场告警信息“线路电压故障”（见下图 4）；国华一期 10号机定子电压降低至，风机正常运行（见下图 5）。图3、国投一期15#机图4、国华四期1#机图5、国华一期10#机3.3双馈风机的不可控并网本次试验中，四台试验风机中，有三台脱网跳闸，均为接入短路试验区（国投35kV、国投110kV、张北110kV4#母线）的风机。在系统发生短路故障期间（本次设置短路时间200毫秒），国投满井风电场一期 15#机（GE）和二期4-3#机（西班牙），在故障后50毫秒时，跳闸脱网；国华四期1#机（GE）在短路故障期间保持并网运行，故障消失后5秒，机组跳闸脱网；国华一期10#机（GE）保持并网运行。在故障消失后，GE风机（国投满井风电场一期 15#机、国华四期1#机）经一定延时（约几分钟）后，自动启动并网，存在“不可控并网”问题。而西班牙风机二期（国投满井风电场4-3#机）则不同，需要运行人员在“就地”进行“手动启动并网”。4、研究工作的启示4.1深化仿真工作本次试验记录了在风机定子电压低落25%和2%幅度下完整的风机响应特性（国华四期1#机、国华一期10#机），用于风机特性参数拟合仿真分析；记录了在风机定子电压低落70%以上（国投满井一期15#GE风机和二期4-3西班牙风机）提供短路电流能力及低电压保护动作特性。越接近故障点，电压低落幅度越大，直流偏置越严重，而 BPA仿真为工频有效值，需要滤掉直流偏置后，才能用于BPA仿真对比分析。采用类似发电机励磁系统参数测试的研究思路，根据以下三个指标，调整BPA仿真模型参数：（1）根据无功暂态最大值或短路电流峰值，确定X”和XIQMAX，对于电压低落幅度小如2%的情况，只考虑调整X”；对于电压低落幅度大如30%以上的情况，需要特别关注限制环节XIQMAX。（2）根据有功、无功增大或减小速度，确定时间常数 TEQ、TIP；（3）根据有功、无功增大或减小过程是否出现正、反向“超调”，确定Kvi*Kqi的值。通过对现场试验数据的分析，对 BPA缺省参数作出以下调整：（1）将XIQMAX从0.45增大为，提高风机等效电势Eq’最大限制值，意味着在风机出口发生短路故障时，风机等效电势 Eq’可达到，向系统提供短路电流和无功支撑。（2）将TEQ从0.02增大到0.05秒，增大风机响应时间常数，是无功变化速度减缓。（3）将Kqi从0.1减小为0.01p.u，减小无功电压控制增益，削弱无功调整过程中的“超调”。4.2完善风电专用测试仪器（1）实时记录风机定子电压、电流、有功、无功，滤掉定子电流、无功信号中的直流偏置，以便于仿真对比分析；（2）针对双馈风机交流励磁的特点，开发转子电流、电压插件，适应0～20Hz频率范围，并能滤掉电力电子元件 PWM脉宽调制产生的谐波。4.3细化、完善风机特性管理（1）建立风电场监控系统（ WPMS），目前京津唐电网风电场均无此功能，仅依靠风机自身恒定功率因数或恒定无功控制。（2）通过试验进一步明确风机脱网保护特性， 如低电压保护定值及延时。（3）对于不同制造厂风机，明确启动并网条件，尤其系统发生故障情况下，避免“不可控”并网。是风的细语、是雨的柔顺、斑驳了一道道古老的忧伤，刻在了灯火阑珊处?是桥的沧桑、是石的痕迹、流年了一首首陈旧的诗韵，铭在了秋月三更天?海棠红袖添香，墨迹染血苍凉。安静中，晨曦相伴花香，展一笺前世的千秋歌遥;清雨深巷幽笛，挥洒寒月银装。情浓处，夕阳西落桃源，留一篇今生的婉艳霓裳。挽轻风拂墨，泼洒一秋雨红，拨开海棠的花事，聆听花瓣细语呢喃，深情里，香醉十里桃花，溪留百亩婉蓝。摇曳的风铃，恍惚的倩影。沉月入水禅心未改，凝霜了一夜烟波的伤梦。灵润如玉的杏花黄似菊染的丝雨，阵阵飘莹、落琴弦瑟。拂墨轻风，笔尖莹绕了一圈年轮， 轻轻的描出了圆圆的印迹， 淡色中，雅致的轻雨，穿巷飘过，留下了一串串流香的诗花。模糊的撇捺、不清的横竖，送走着残血的时光。摘一支轻雨，铺一笺墨迹，在灯火阑珊处窥探一叶棂窗，熟悉的倩影淡淡一笑，倾城了岁月的柔情，暖雨中蜜意了情侣的梦香。一杯轻风，半壶墨迹。捧着安静的角落，独饮墨香，留韵素白。轻风拂过，开满了一园禅意，一片樱花。轻风缓缓，墨香袭袭。长长的倩影里，