含分布式电源配电网短路计算的改进方法_王成山(2)

分布式电源中的风力发电机一般采用异步发电机。异步电机可以看做是同步发电机的特例，即励磁电压恒为零，转速为非同步速。ｄ，ｑ轴参数相等，在外电网故障时，与同步发电机相似，异步发电机的定子绕组与转子鼠笼式短路条构成的等值绕组的磁链，均不会突变，因而在定子和转子绕组中均感应有直流分量电流。由此，异步发电机可以用一个与转子绕组交链的磁链成正比的电动势，即次暂态电动势Ｅ″以及相应的次暂态电抗Ｘ″和定子等值电阻Ｒａ

１０］

。其次作为定子暂态过程的等值电动势和阻抗［

暂态等值电路图与同步发电机相似，如图３所示。

其中，次暂态电抗Ｘ″的表达式为：

··

图４　故障模拟电路图

Ｆｉ．４　Ｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｒａｍｏｆｆａｕｌｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　　　　ｇｇ

３　短路冲击电流和短路容量值

三相短路冲击电流是指在最恶劣短路情况下，

三相短路电流中最严重相电流的最大瞬时值。冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体的动稳定

１０］

：度，可用下式近似［

－Ｔ－Ｔａ＝（ａ）ＩＭ≈ＩＩｅ１＋ｅＩＫＭＩ　ｆ＋ｆｆ＝ｆ

（）１１

式中：ＩＭ为三相短路冲击电流；Ｉｆ为最严重相的短

其值为路电流有效值；ＫＭ为短路电流冲击系数，

这里取最严重情况，１～２，ＫＭ＝２；Ｔａ为短路电流非周期分量衰减的时间常数。

为了校验断路器的断流能力，定义短路容量［９］

为：Ｓｆ

（）ＳＵＮ１２ｆ＝Ｉｆ

式中：ＵＮ为故障前该点的额定相电压有效值。

由于在配电网中三相短路电流不相等，只需要计算三相短路电流最严重相的短路容量。

ＸｒＸａｄσ

（）９

Ｘｒａｄσ＋Ｘ

式中：ＸａＸｒＸａｄ为直轴电σ为定子漏抗；σ为转子漏抗；枢反应电抗，物理意义等同于励磁电抗。

Ｘ″＝Ｘａσ＋

次暂态电动势Ｅ也具有短路前后瞬间维持不″变的特性。Ｅ０可由故障前稳态潮流计算的状态量″来求得：

４　算例结果

４．１　算例参数及结构

本文采用一个２０节点的配电系统作为测试系统。该算例的结构如图５所示。

取算例系统的基准功率为１ＭＶＡ，基准电压为

标注结果为标４．１６ｋＶ。负荷数据标注在图５中，

幺值，其中，ＰＡＢＣ表示Ａ，Ｂ，Ｃ三相有功负荷相等，

其他依此类推，负荷ＰＡＢ表示Ａ，Ｂ相有功负荷相等，

都采用恒功率负荷，未标注相的负荷功率为零。算例中分布式电源的参数如下。

）柴油发电机采用同步发电机接入电网，额定１

Ｅ０″＝Ｕ２ＩＸ″＋ＲａＩｊ０＋２０２０　

····

（）１０

式中：Ｕ２Ｉ２０为异步发电机短路前的端电压；０为异步

发电机短路前的输出电流。

综上所述，基于异步发电机的分布式电源短路计算处理方法与同步发电机相同。

—５６—

·学术研究·　王成山，等　含分布式电源配电网短路计算的改进方法

容量为１ＭＶＡ，额定电压为４正序、负序以．１６ｋＶ，（，标幺值）忽略电阻，次暂态电及零序电抗都为０．２，抗为０标幺值）采用有功功率—电压控制，输出．１（

电压控制为４柴油发电机１输出有功功率．１６ｋＶ，

柴油发电机２输出有功功率控制为控制为１００ｋＷ，

５００ｋＷ。

表１　分布式电源正常运行状态量

Ｔａｂｌｅ１　ＮｏｒｍａｌｗｏｒｋｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＤＧ　　　　ｇ　

分布式电源光伏阵列１　光伏阵列２　柴油发电机１　柴油发电机２　风力发电１　风力发电２　

正常运行状态量

Ｓ＝０．１＋０．０１９００６　ｊＳ＝０．１＋０．０１９２４２　ｊＥ″＝１．４４０９９－０．０３２７１　　ｊＥ″＝１．２９４６６＋０．０４２６２　　ｊＥ″＝０．９８８２４－０．０３５５２　　ｊＥ″＝０．９８５８０－０．０３９１３　　ｊ

４．２．２　短路计算结果

在图５所示的算例中进行短路计算，在节点１０处依次发生三相短路和单相接地短路故障，将采用改进方法得到的结果与采用常规方法得到的结果进行了对比。这里的常规方法为在短路计算时分布式电源统一采用潮流计算的数学模型。２种方法的计算结果与对比结果如下。

）在节点１即在节点１１０处发生三相短路，０处接入三相短路故障模拟电路。采用本文所提的改进方法得到各节点电压标幺值见附录Ａ表Ａ１。三相短路故障计算结果与常规方法得到的结果对比如表２所示。

图５　２０节点配电网结构图

Ｆｉ．５　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｒａｍｏｆ２０ｂｕｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ　　　－　　ｇｇ

表２　三相短路故障计算结果

Ｔａｂｌｅ２　Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｒｅｅｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔ　　　　－ｐ　－　

相别Ａ相Ｂ相Ｃ相

方法改进算法常规算法改进算法常规算法改进算法常规算法

短路电流／ｋＡ短路容量／ｋＶＡ短路冲击值／ｋＡ１０．１３８４７０　　９．３９８４３８　　１０．１４１４００　　９．４１５３９０　　１０．１７２６１０　　９．４００２４０　　

２４．４３２３４　　２２．５７７２８　　２４．４３２３４　　２２．５７７２８　　２４．４３２３４　　２２．５７７２８　　

２８．７７２４８　２６．６３０７４　２８．７７２４８　２６．６３０７４　２８．７７２４８　２６．６３０７４　

）风力发电采用异步发电机，额定功率为２

额定电压为４额定运行时的效率３００ｋＷ，．１６ｋＶ，

为０额定运行时的功率因数为０定．９０６９８，．９０１０７，　　（，，标幺值）转子电阻为０标幺值）子电抗为０．１．１（

（，，转子电抗为０标幺值）励磁电抗为４（标幺值）．１有功功率控制为３００ｋＷ。

）光伏阵列通过ＰＷＭ逆变器接入电网，额定３

容量为１ＭＶＡ，额定电压为４滤波器电抗．１６ｋＶ，（，为０标幺值）光伏阵列在并网时采用恒有功功．２

率—无功功率控制，有功功率为１无功功率００ｋＷ，。为２０ｋｖａｒ

４．２　计算结果４．２．１　分布式电源正常运行状态量

通过潮流计算可得到分布式电源不能突变的状态量值，即ＰＷＭ逆变器的输出功率、同步发电机的次暂态电势，以及异步发电机的次暂态电势，如表１所示。在这些值的基础上进行短路计算，同时在短

１］

。将恒功率负荷都转变成恒阻抗负荷［路计算时，

）在节点１即在节点１２０处发生单相短路，０接

入Ａ相接地短路故障模拟电路。采用改进方法得到各节点电压标幺值见附录Ａ表Ａ２。故障点短路计算结果与常规方法得到结果对比如表３所示。

表３　单相短路故障计算结果Ｔａｂｌｅ３　Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｎｌｅｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔ　　　　－ｐ　－　ｇ

相别Ａ相

方法改进算法常规算法

短路电流／ｋＡ７．１１１３４　　７．４６９２８　　

短路冲击值／ｋＡ２０．１１３９０　２１．１２６３１　

在短路计算前，先进行潮流计算，得到短路瞬间分布式电源的状态，如表１所示，在此基础上进行短路计算，得到相应的结果。三相短路时，节点１０的三相电压跌落为零，短路电流冲击值为短路容量为２单相短２８．７７２４８ｋＡ，４．４３２３４ｋＶＡ；　　

路时，节点１０的Ａ相电压跌落为零，ＢＣ两相电压抬升，短路电流冲击值为２０．１１３９０ｋＡ。从表２和　表３可见，三相短路时，改进方法得到的结果大于常

—５７—

可以发现光伏阵列１和光伏阵列２的输出无功

功率与自身控制参数有偏差，这是由潮流计算的迭代误差造成的。

（）２０１２，３６２３

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｏｎｒｅｌａｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｓｔｅｍｅｎｅｒａｔｉｏｎｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　　　　　　ｙｙｇｐ　［］，（）：Ｊ．ＰｏｗｅｒＳｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ２０１０，３８３１５．　　　　－ｙ［］王守相，江兴月，王成山．含分布式电源的配电网故障分析叠加４

］（）：法［电力系统自动化，Ｊ．２００８，３２５３２３６．－

，Ｊ，ＷＡＮＧＷＡＮＧＳｈｏｕｘｉａｎＩＡＮＧＸｉｎｕｅＣｈｅｎｓｈａｎ．Ａ　　　ｇｇｙｇｓｕｅｒｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｆａｕｌｔａｎａｌｓｉｓｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｓｔｅｍｓ　　　　　　　ｐｐｙｙ］ｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ［ｃｏｎｔａｉｎｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＪ．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ　　　ｇｇ　，（）：Ｓｓｔｅｍｓ２００８，３２５３２３６．Ｐｏｗｅｒ　－ｙ

［］傅旭．］含分布式电源的配电网故障分析的解耦相分量法［电５Ｊ．

（）：力自动化设备，２００９，２９６２９３４．－

Ｘｕ．ＤｅｃｏｕｌｉｎｄｏｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆａｕｌｔａｎａｌｓｉｓｏｆＦＵ　ｈａｓｅ　　　　　　ｐｇｙｐ　

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｓｔｅｍ　ｗｉｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＪ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｅｎｅｒａｔｉｏｎ［　　　ｙｇ，（）：ＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｕｉｍｅｎｔ２００９，２９６２９３４．　　－ｑｐ

［］肖鑫鑫．记及分布式电源的配网潮流和短路电流计算研究［６Ｄ］．

上海：上海交通大学，２００８．

［］ＮＡＴ７ＴＨＡＰＨＯＢａｕｌｔｕｒｒｅｎｔｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒｏｍ　Ｎ．Ｆ　ｃ　ｃ　ｆ

ｓｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅａｎｄｉｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒａｔｏｒｓ　　　　　　ｙｇ［］，（）：Ｊ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒ２００７，２２１６３１６４１．　　　　－ｙ［］８ＰＥＣＳＳＬＪＡ，ＭＡＤＵＲＥＩＲＡＣＬ．Ｄｅｆｉｎｉｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｉｅｓ　　　　　　ｇｇ　