近些年來世界風電發(fā)展迅猛，自2010年中國已經成為風電裝機容量最多的國家，尤其是內蒙、甘肅、吉林等地區(qū)風電發(fā)展很快。但風力發(fā)電的大規(guī)模接入給電網造成的影響也越來越明顯，其中風力發(fā)電并網對繼電保護的影響已經成為當前電力系統(tǒng)領域備受關注的問題。
隨著風電場并網容量的增加，其短路電流對保護的影響不能再忽略不計。不精確的短路電流計算會影響故障分析的結果，進而使保護動作特性的評估產生誤差。因此，有必要深入研究風電場短路電流特性，并對風電場接入后的電網故障分析方法進行研究。
目前已有文獻針對風電場短路電流計算進行了研究，文獻[1,2]將雙饋風電場等效為一臺等容量的雙饋風機，并將Crowbar投入后的雙饋風機作為異步發(fā)電機處理，計算了雙饋風電場的短路電流。文獻[3,4]利用電氣參數和輸出功率求取等效風速，建立了永磁風電場的單機等效模型，并將其等效為恒功率電流源，計算了永磁風電場的短路電流。
但以上研究均未考慮風電場中風機的多樣性，以及故障期間控制策略對短路電流的影響。而目前風電機組普遍具有低電壓穿越能力，其在故障期間低電壓穿越控制策略將對其短路電流特性造成很大影響；且已有部分混合型風電場在建設過程中裝配了雙饋、永磁兩類機組，這兩類風機的短路電流特性存在較大區(qū)別。因此，忽略控制策略與風機類型的影響會使風電場短路電流計算產生較大誤差，有必要考慮控制策略的影響，提出含雙饋、永磁風電機組的混合型風電場暫態(tài)模型。
風電場裝機總量可達到幾十臺甚至上百臺，對每臺機組均詳細建模，會極大的增加計算難度，因此，需在分析風電機組暫態(tài)模型的基礎上，提出風電場的簡化方法。文獻[5,6]提出了以故障瞬間風機轉速和槳距角動作特征為分群指標的風電場簡化等效方法。但上述研究主要用于簡化仿真復雜度、減少計算時間，無法給出解析模型。
文獻[7,8]基于風電場并網點測量值進行參數辨識，建立了風電場的辨識模型。但該研究主要用于潮流計算與穩(wěn)定性分析，在穩(wěn)態(tài)時具有較高的準確度，暫態(tài)時準確度較差，不適用于風電場的故障暫態(tài)過程分析。因此有必要分析風電場故障暫態(tài)特性，提出適用于短路計算的風電場簡化等效方法。
此外，由于風機多樣性與低電壓穿越控制策略的影響使得風電場與同步發(fā)電機的故障特性存在較大區(qū)別。簡單的將故障后風電場等效為同步發(fā)電機對電網進行故障分析將會產生較大誤差。傳統(tǒng)以同步發(fā)電機為基礎的電網故障分析理論已難以滿足風電場接入后電網故障分析的要求。
本文首先分析故障期間控制策略對風機暫態(tài)過程的影響，建立雙饋風機與永磁風機的單機等效模型；在此基礎上，采用分群聚合等效的方法，建立含多類型風機的風電場簡化等效模型；進一步分析風電場短路電流的變化規(guī)律，給出風電場的短路電流計算方法。最終采用RTDS建立含多類型風機的物理實驗平臺，驗證所提短路計算方法的準確性。最后，在分析風電場簡化等效模型的基礎上，提出適用于風電場接入的電網故障分析方法。
圖1雙饋風電機故障后等效電路
結論
針對大規(guī)模風電場故障分析中風機類型多樣、現有模型無法等效風電場的故障暫態(tài)過程等問題。本文考慮了低電壓穿越控制策略的影響，建立了雙饋與永磁風電機組的單機等效模型。并在分析故障期間短路電流變化機理的基礎上，采用分群聚合等效，提出了風電場的短路電流計算方法。并在此基礎上對含風電場接入的電網故障分析方法進行了探討與分析。
RTDS實驗平臺的測試結果表明：
1）分析了低電壓穿越控制策略對風電機組暫態(tài)過程的影響機理，根據我國新的風電并網標準的要求，建立了故障期間雙饋風機與永磁風機的等效模型，準確的描述了各類風機的暫態(tài)過程。
2）經實驗驗證本文所提的風電場短路電流計算方法不僅能夠精確的計算風電場的短路電流的初值與穩(wěn)態(tài)值，還能較準確的描述短路電流的變化規(guī)律。
3）針對故障穩(wěn)態(tài)時雙饋、永磁風機等效電路的特性，提出了適用于風電場接入的電網故障分析方法，準確計算了風電場接入后的電網在對稱、不對稱故障下各支路中的短路電流。
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