DFIG風(fēng)電場(chǎng)短路電流計(jì)算影響因素分析

DFIG風(fēng)電場(chǎng)短路電流計(jì)算影響因素分析DFIG（雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)）是風(fēng)電場(chǎng)常見(jiàn)的一種發(fā)電機(jī)類型，其在電力系統(tǒng)中的短路電流計(jì)算是非常重要的。DFIG風(fēng)電機(jī)組具有機(jī)械風(fēng)向跟蹤技術(shù)、變槳技術(shù)、電網(wǎng)頻率跟蹤技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和適應(yīng)性。因此，DFIG風(fēng)電機(jī)組成為了現(xiàn)代風(fēng)電場(chǎng)的主流配置，在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)中扮演著重要的角色。

短路電流是指在系統(tǒng)中出現(xiàn)短路或故障時(shí)，電流呈指數(shù)級(jí)上升的現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，電流可能會(huì)達(dá)到很高的峰值，這對(duì)電力系統(tǒng)的設(shè)備和安全帶來(lái)極大的威脅。因此，對(duì)于DFIG風(fēng)電機(jī)組在短路電流計(jì)算中的影響因素進(jìn)行分析非常必要。

1.短路電流的產(chǎn)生機(jī)制

在短路情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)受到極大的啟動(dòng)電流。這個(gè)電流源于與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電容器，在電容器作用下電動(dòng)機(jī)所吸收的虛功大于實(shí)功。這樣，轉(zhuǎn)子便會(huì)受到加速力矩，扭矩逐漸增大，從而產(chǎn)生短路電流。在沒(méi)有啟動(dòng)電容器電路的情況下，短路電流的峰值會(huì)更高。

2.DFIG風(fēng)電機(jī)組在短路電流中的作用

在短路情況下，DFIG風(fēng)電機(jī)組（轉(zhuǎn)換電子器件，變壓器以及變頻器等）對(duì)短路電流的限制是非常重要的。在短路電流中，DFIG風(fēng)電機(jī)組扮演的角色在于限制電流的快速上升。這些裝置的作用可以分為兩種：短路電流的控制和能量?jī)?chǔ)存的釋放。當(dāng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)控制時(shí)，可以通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)電流的限制。同時(shí)，電容或雙向瞬時(shí)能量?jī)?chǔ)存在短路時(shí)起到了減緩電流上升速度的作用。

3.影響因素分析

短路電流的大小與電力系統(tǒng)的電流、電壓、接地方式、發(fā)電機(jī)類型、負(fù)荷等諸多因素有關(guān)。DFIG風(fēng)電機(jī)組作為發(fā)電機(jī)類型的一種，其自身特性也會(huì)對(duì)短路電流大小產(chǎn)生影響。下面對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組在短路電流計(jì)算中的影響因素進(jìn)行具體介紹。

（1）DFIG風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩特性。風(fēng)電機(jī)組在接地故障時(shí)，其輸出的轉(zhuǎn)矩可能會(huì)受到影響。由于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，轉(zhuǎn)矩與固有電壓同頻，因此故障時(shí)可能會(huì)發(fā)生電壓下降，進(jìn)而導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩下降。這會(huì)造成額定轉(zhuǎn)矩和故障轉(zhuǎn)矩之間的差異，從而影響到短路電流的計(jì)算。

（2）電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)電壓波動(dòng)會(huì)對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響。因?yàn)镈FIG風(fēng)電機(jī)組的變頻器控制方式在電壓波動(dòng)范圍內(nèi)是不穩(wěn)定的。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)時(shí)，變頻器無(wú)法有效控制發(fā)電機(jī)輸出電壓，進(jìn)而可能影響短路電流的計(jì)算準(zhǔn)確度。

（3）故障區(qū)域的影響。發(fā)生短路故障后，短路電流不僅僅取決于DFIG風(fēng)電機(jī)組，還受到故障發(fā)生位置的影響。故障接地點(diǎn)旁邊的設(shè)備和線路的參數(shù)也會(huì)影響短路電流的大小。因此，在短路電流計(jì)算中還需要考慮故障發(fā)生位置的影響。

（4）變流器控制策略。DFIG風(fēng)電機(jī)組通過(guò)變流器實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的控制，因此變流器的控制策略也會(huì)影響短路電流大小的計(jì)算。變流器控制策略的好壞、控制參數(shù)的設(shè)置都會(huì)對(duì)短路電流的計(jì)算準(zhǔn)確度造成影響。

總體而言，DFIG風(fēng)電機(jī)組的短路電流計(jì)算需要考慮到諸多因素，包括發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、故障位置等，這些因素都會(huì)影響到短路電流的計(jì)算結(jié)果。因此，我們需要綜合考慮相關(guān)因素，從而實(shí)現(xiàn)DFIG風(fēng)電機(jī)組在嚴(yán)峻環(huán)境下的可靠工作。同時(shí)，也需要加強(qiáng)對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組的短路電流計(jì)算研究，為風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行和安全提供更有力的保障。德國(guó)是全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，其風(fēng)能資源豐厚，支持了大量的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)?；贒FIG風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電機(jī)組成為現(xiàn)代風(fēng)電場(chǎng)的主流配置，DFIG風(fēng)電機(jī)組在短路電流計(jì)算中的影響因素成為了研究重點(diǎn)。

在德國(guó)的風(fēng)電機(jī)組中，DFIG風(fēng)電機(jī)組占據(jù)了很大的比例，一些研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其在短路電流計(jì)算中的影響因素進(jìn)行了實(shí)證研究，為風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行提供了重要的參考。

影響因素

電網(wǎng)電壓對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組短路電流的影響

DFIG風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行受到電網(wǎng)電壓的影響，而電網(wǎng)電壓的變化會(huì)引起DFIG風(fēng)電機(jī)組功率的波動(dòng)，進(jìn)而影響到短路電流計(jì)算的準(zhǔn)確性。一些研究表明，在電網(wǎng)電壓變化的情況下，DFIG風(fēng)電機(jī)組的輸出電壓和電流也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致短路電流的計(jì)算難度加大。

轉(zhuǎn)矩特性對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組短路電流的影響

DFIG風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩特性對(duì)短路電流的計(jì)算有很大的影響，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩是DFIG風(fēng)電機(jī)組輸出功率的關(guān)鍵參數(shù)。一些研究表明，在故障轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，DFIG風(fēng)電機(jī)組的短路電流峰值會(huì)受到較大的限制，而在故障轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，DFIG風(fēng)電機(jī)組的峰值短路電流則會(huì)較高。

故障位置對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組短路電流的影響

故障位置對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組短路電流的影響也是很大的。一些研究表明，在故障點(diǎn)距離DFIG風(fēng)電機(jī)組較遠(yuǎn)的情況下，DFIG風(fēng)電機(jī)組的短路電流較小，而當(dāng)故障點(diǎn)距離DFIG風(fēng)電機(jī)組較近時(shí)，短路電流峰值則會(huì)較大。

變流器控制策略對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組短路電流的影響

DFIG風(fēng)電機(jī)組的變流器控制策略也會(huì)影響短路電流的計(jì)算結(jié)果。一些研究表明，當(dāng)采用平衡式PWM策略時(shí)，DFIG風(fēng)電機(jī)組的短路電流呈現(xiàn)出較為平緩的上升趨勢(shì)，而采用雙向器件PWM或組合型PWM策略時(shí)，短路電流則會(huì)呈現(xiàn)出較為尖銳的峰值。

數(shù)據(jù)分析

針對(duì)上述幾個(gè)影響因素，一些研究通過(guò)實(shí)證測(cè)試對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組短路電流進(jìn)行了分析。其中，最為典型的是基于德國(guó)某風(fēng)電場(chǎng)等級(jí)為2.5MW，配備DFIG發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行短路電流計(jì)算的研究。該研究分別分析了電網(wǎng)電壓、故障位置、短路電阻和DFIG風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩特性等多個(gè)因素對(duì)短路電流的影響。

在電網(wǎng)電壓變化的情況下，研究發(fā)現(xiàn)DFIG風(fēng)電機(jī)組的短路電流峰值會(huì)受到電網(wǎng)電壓變化的影響，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，短路電流峰值也會(huì)隨之下降。在故障位置影響方面，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)故障點(diǎn)距離風(fēng)電機(jī)組較近時(shí)，DFIG風(fēng)電機(jī)組的短路電流呈現(xiàn)出較大的峰值，當(dāng)故障點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，短路電流峰值則較小。在DFIG風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩特性影響方面，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)DFIG風(fēng)電機(jī)組的故障轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，短路電流峰值會(huì)受到較大的限制，而當(dāng)故障轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，短路電流峰值則會(huì)較高。

總結(jié)

DFIG風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)電場(chǎng)中具有重要的作用，其在短路電流計(jì)算中的影響因素也成為了研究的熱點(diǎn)。研究表明，DFIG風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩特性、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、故障位置以及變流器控制策略等都會(huì)對(duì)短路電流的計(jì)算產(chǎn)生影響。

在實(shí)際應(yīng)用中，DFIG風(fēng)電機(jī)組