关键词：风能；风力发电；短路故障
引言
随着人类社会对能源的过度开采，世界能源储量急剧下降，再加上全球气候变暖，能源和环保问题日益凸显，人们越来越关注对新型能源的开发和利用。而风能作为一种可再生的清洁能源逐渐受到人们的亲睐，而这也就使得风力发电技术受到人们的广泛关注。
而所谓的风力发电就是指将风能转化为电能从而实现发电。而在这其中将风能能转化为电能的风机所提供的电流与传统的同步电机所提供的电流具有很大的差异。因此，当风机出现短路故障的问题的时候，不能够及时的保证系统安稳的运行。因此，本文为了进一步研究风电系统故障时短路电流的特征以及保护影响，以双馈和直驱两种风机为例，通过建立模型的模拟方式对风电系统故障进行仿真，并验证仿真分析结果的真确性，对其保护性能的影响进行分析。
一、风电系统结构及模型建立
1.1双馈风力发电结构及建模
双馈风力发电机组中定子和转子都是与电网相连，从而进行能量的输送，因此也就被称为双馈发电机，而又因为其所产生的电流特性的关系，其电机组往往是采用变速恒频技术，因此也叫变速恒频风力发电机，由于其所能调速的范围比较大，能够最大实现对风能的跟踪利用，因此运用也比较广泛。而双馈放电机的构成包括了：风力机、齿轮箱、饶线式异步机、交直交变流器以及对风机的控制中心[1]。如下图：
如图中所示，T1表示风机经升压变压器、35kv集的电流、升压变压器T2、330kv联络线连接到330kv的交流系统中。而在升压变压器T2的35KV侧并入总容量12.5MVA的SVC进行无功补偿。在模拟过程中，分别送330kv和35kv两个集电线上进行同一种故障的实验[2]。
1.2直驱风力发电结构及建模
而本文所选取的直驱风力发电系统是利用PSCAD软件建立相应的永磁同步直驱风力发电系统模型，从而研究永磁直驱同步发电机在自然环境中所出现的各种故障特征。而在这一模型当中，包括了风速模型、风机模型、发电机模型、控制系统以及联络线模型。发电机将所产生的功率通过控制交-直-交电路直接连接到电网上，并且该电路中，还存在了整流器、中间直流电路环节以及PWM逆变器。而电机侧变换器专业是由三相不控整流桥以及Boost变换器共同组成了让网侧的PWM变换器通过调节网侧的d轴以及q轴实现电流交换以及对电路中的有无功率的解耦控制，通常是将直驱式永磁同步电机与系统不交换无功，从而使得其在运行当中的单位功率保持因数状态[3]。结构图如下：
二、风电场故障电流特性对集电线路保护的影响
风机不同于传统的同步电机，又由于各种因素从而导致风电场呈现了“多态性”的故障特性，而其中对风电场集电线了的保护影响是：
（一）当风电场集电线路出现故障的时候，风电机组当中的集电线路对对所连接的风机进行保护动作，从而有效的减少在风电场发生短路故障的时候，其所产生的短路电流能够进入到风机当中的电流变小，甚至是切断电流，从而起到保护电路的作用，而这其中起到关键性的作用的就是保护电阻。但是这种短路现象也有可能会造成传统的1段拒动，不可靠动作。
（二）当风电场集电线路当中发生轻度故障时，其中Crowbar保护没有进行或没有及时进行保护动作，而这个时候，定子短路电流因双馈电机RSC和GSC的调节性能优劣。通过对持续时间的长短的不同从而区分暂态分量以及顿值较大的稳态分量，而这些因素以及所产生的故障现象有可能会造成传统的Ⅱ段拒动或者是误动[4]。
（三）风电场容量相对整个机电系统来说很小，呈现弱馈特性，当集电线路发生接地故障的时候，风电场侧故障电流零序分量中的正负序电流的分量的比例要大，从而导致了在基本的线路工作当中，工频相量算法的传统腿离保护做出不准确的保护动作。
（四）风电场集电线路当中发生短路故障的时候，可能会导致相邻的非故障线路引起连锁反应，从而影响到所连接的风机动作，而方向的大短路电流通过集电线路的保护，导致了保护动作的误动。
短路故障特征分析
针对以上在集电线路中所产生的保护影响，而目前是风机机组里面仅仅只是在升压变电站侧配置的两段式电流以及距离进行了保护，也有的地方进行了零序保护，但是仍然存在着很大的问题：
（一）电流保护误动或者是拒动现象。集电线路在发生不同程度的故障的时候，容易受到风机控制策略、控制器性能的优劣等等因素的影响，从而产生线路保护的拒动和误动现象的发生。
（二）在距离保护当中存在选择性的问题。在很多时候，由于风电场的弱电源的特性，往往会出现风电场侧短路电流里的正负序分量所占的比例远远小于零序分量，从而在进行集电线路长度中各不相同，而线路距离的保护和电流保护的整定值不容易匹配，导致了选择性的问题。
综上分析我们可以得知，在风电场集电线路当中出现保护时存在了许多的问题，而这些问题都需要开发新型集电保护方案，当出现故障的时候能够快速的做出相应的保护措施以及解决手段，以保证线路的正常运行。
结语
我们通过以上的分针分析以及建立模型进行实验而得到的现场数据，通过上述的理论，我国对电网的运行管理和决策的制定等方面的工作提供了一定的参考依据，为我国进一步研究在风电故障的特征以及保护的配置上提供了相应的理论基础，以保证我国能够深入研发新能源，保障我国能源可持续性的发展。
参考文献：
[1]孙宇光，黄子果，王善铭，牟树君.十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障[J].电力系统自动化，2017，08：153-158.
[2]姜达军，张罗马，高丙团，陈宁，钱敏慧.风电场短路电流频率不一致性及其对纵差保护的影响[J].电气应用，2017，05：32-38.
[3]段建东，崔帅帅，刘吴骥，孙磊，谭王景.基于电流频率差的有源配电网线路保护[J].中国电机工程学报，2016，11：2927-2934.
[4]杨欢红，李庆博，寇柯，彭富强，马改园.双馈风电场的频率特性对距离保护的影响[J/OL].高压电器，2016（09）.
作者简介：
第一作者：朱 静（1983-），1983年7月生，女、江苏南通人，新疆维吾尔自治区水利厅讲师、工程师，研究生，主要从事电力工程、水利水电工程研究，电话：13579862873
第二作者：马 维（1983-），1983年10月生，男、山东济宁人，新疆维吾尔自治区水利厅工程师、讲师，研究生，主要从事水利水电工程、水土保持、职业教育、民族教育研究，
论文作者:朱静,马维
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/24
标签：电流论文; 故障论文; 风机论文; 电线论文; 风能论文; 风电场论文; 能源论文; 《电力设备》2017年第16期论文;