短路电流受限电源模型与整定计算软件交互探讨

短路电流受限电源模型与整定计算软件交互探讨

2.国网青海省电力公司青海西宁810008）摘要：随着短路受限电源在电网中的不断应用，短路电流受限电源接入电网后短路电流无法精细计算的问题，越来越突出。本文综合考虑了整定计算中涉及到的大量故障计算，提出了适合短路受限电源的整定计算模型，完成了故障计算模型程序与整定计算软件接口设计，并对其进行了测试和工程验证。关键词：短路电流受限电源系统；故障计算模型；软件接口引言短路电流受限电源具有高能源利用率、环境友好和能利用可再生能源等优点，在全球范围内越来越受到重视，其对电网特性的影响不能忽视。而传统等值电压源模型未计及短路电流受限电源不脱网运行特征，无法精细化地计算短路电流受限电源接入电网的短路电流。1短路电流受限电源的整定计算模型短路电流受限电源，包括风电、光伏、直流等等，通常为全控型电力电子器件，其具有故障穿越能力，在故障期间提供的短路电流受限于电力电子器件的承受能力，通常具有一定的限值，对短路电流的分布影响不大。此外，考虑到整定计算中涉及到大量的故障计算，如果将整定计算中故障计算的线性方程求解复杂化，可能会大大影响整定计算的效率。基于上述原因，考虑按照电压源、电流源、对地阻抗支路、或者节点间阻抗支路，在整定计算程序中，简化考虑短路电流受限电源的故障计算模型。图1短路电流受限电源的简化故障计算模型2短路电流受限电源模型与整定计算软件的交互考虑到目前短路电流受限电源模型中的各个具体参数需要由模型研究方，根据短路电流受限电源的原始参数，通过一定的计算方法，才能确定。则需要根据风电场的拓扑结构、风机台数、风机型号、风机故障穿越特性等等原始信息，才能准确获得。为了既保证短路电流受限电源模型的正确性，又能够实现和整定计算软件的无缝交互，考虑按照以下模式在整定计算程序中建立短路电流受限电源的模型：（1）模型研究方提供各种短路电流受限电源的原始参数构成。（2）模型研究方提供短路电流受限电源的故障计算模型形成程序，exe可执行程序或者dll动态库均可。（3）调用该exe或者dll时，调用方将原始参数传给该exe或者dll，然后，调用方即可以得到短路电流受限电源的最终故障计算模型参数。3短路电流受限电源在整定计算程序中的设计3.1光伏电源光伏并网系统在保护整定程序中的图标设计如图2所示：图2光伏并网系统图标光伏并网系统在电力系统网络中的接线如图3所示：图5风电并网系统接入交流系统示意图4故障计算模型验证故障计算模型验证，主要以风电模型进行相关验证，光伏模型不在进行详细分析，可采取类似方法验证。4.1仿真验证搭建永磁直驱风电场的详细模型和等值模型。风电场详细模型如图6，一台35/220kV主变和集电系统。集电系统中6条集电线路按照其长度、位置分为2组，一组长度10km，另一组5km，同组所处位置相近。依次建立频率依赖模型和动态电流模型，并联于主变低压侧，共同构成等值模型。图6风电场并网系统拓扑图下面通过设置多种故障场景，验证等值模型的准确性。故障均设置于主变出口（故障设置如图6所示），故障持续时间为0.2s。（1）对称故障设置不同场内风况，考察风速不同时等值模型的适用性，在三种场内风况下，在送出线首端设置三相接地故障，过渡电阻5Ohm。风况一：所有风机风速12m/s。风况二：1、2号风机风速12m/s，3、4号风机风速11.5m/s，5、6号风机风速10m/s；风况三：各风机的风速均不同，1号~6号风机风速从12m/s按等差数列递减至9.5m/s。各风况下详细模型与等值模型故障暂态电流中工频分量在各种风况下吻合程度都较好。（2）非对称故障分别设置单相接地、两相接地、两相相间故障，相间故障，接地故障中的接地电阻为5Ohm，相间故障的相间电阻1Ohm。图7不对称故障时详细模型与等值模型电流波形图7a）~b）所示，接地故障下，场站侧产生了很大的零序电流，在这种情况下，等值模型与详细模型的故障电流吻合度很高。图7c）所示，相间故障下，尽管等值模型和详细模型的故障电流在故障初期差异较大，但故障达到稳态后差异变小。整个故障期间，等值模型都能大致拟合出详细模型故障电流的总体趋势。4.2故障录波数据验证某省西北部地区有大量风电接入，该地区接线图见图8。在乾安变下的另一条送出线上所连才字乡风电场为永磁直驱风电场。该地区的电网长期运行期间积累了许多宝贵的故障录波数据，以下用其中两组数据对所提模型进行验证。（1）2013年5月31日，风安线上距乾安变55km处发生C相瞬时接地故障，故障持续时间60ms，故障前才字乡风电场发出有功功率96MW，无功功率26MW；（2）2013年8月4日，风安线上距乾安变25km处发生A相瞬时接地故障，故障持续时间55ms，故障前才字乡风电场发出有功功率45MW，无功功率3.5Mvar。图9实际故障录波数据与仿真数据电流波形5结论本文研究了短路电流受限电源系统故障计算模型软件与整定计算软件交互技术、兼容性技术，并通过对短路电流受限电源模型的实际工程验证计算，证实短路受限电源等效为电压源、电流源、对地阻抗支路、或者节点间阻抗支路模型的实用性和准确性。Refere