电铁负序对同区域风电场运行特性的影响

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随着电气化铁路和风力发电的快速发展,两者同区域接入电网的情况越来越多。电铁牵引负荷是随机变化的大功率单相非线性负荷,它在移动用电的同时产生负序电流,影响接入系统的电能质量,进而影响同区域风电场的正常运行。  首先根据牵引变压器的负序特性与电力机车负荷特性研究了牵引站的负序电流特性。以PSCAD/EMTDC为仿真平台搭建了电网测试系统、牵引供电系统模型,研究了电铁的接入电压等级对电网的影响并分析了电铁负序在电网中的传播特点。基于牵引变压器轮流换相方式,分析了不同负载工况下牵引变对电网电压不平衡的影响,研究了牵引负荷的合理调配方案;建立了异步、直驱、双馈型风电机组在负序影响下的数学模型与仿真模型,理论分析了负序对风电机组运行特性的影响并仿真验证;结合风电机组的运行工况与电气化铁路的负序特性,分析其对风电机组出口处电压、电流不平衡度的影响并对比了异步、双馈、直驱型机组的抗负序干扰能力,在此基础上研究了电铁负序对风电场内不同运行工况的风电机组不平衡度的影响。  参照新疆博州地区电网建模并搭建了风电场模型,研究了电铁路负序对风电机组不平衡保护及风电场运行的影响,在此基础上分析了与电铁同区域接入的风电机组连续脱网的机理。基于选相元件和方向元件的工作原理,研究了电铁正常运行产生的负序对风电场集电线路选相元件和方向元件的影响。  研究结果表明:电气化铁路产生的负序电流与牵引变类型、供电臂机车台数及机车运行状态有关,通过合理调配电铁负荷能够有效降低负序对电网的影响;负序电流通过电网传播到风电场内造成风电机组电磁转矩、输出有功功率、无功功率等物理量产生二倍频脉动,导致机组出口电压、电流三相不平衡;风电机组出口处电压不平衡度不随出力变化而变化,电流不平衡度随机组出力的增加而减小,单机容量越大的风电机组受负序影响程度越小,直驱型风电机组抗负序干扰能力最强;风电场投运容量越大,各风电机组的电压、电流不平衡度越小,当风电场内机组电压不平衡度超过2%或电流不平衡度超过5%时,风电机组跳闸退出运行,进而导致其它机组的电压、电流不平衡度上升,可能造成其它机组接连跳闸,引发整个风电场脱网;风电场集电线路发生短路故障时,电铁随机变化的大功率负荷特性及其负序对序分量选相元件、相量故障分量方向元件及序故障分量方向元件影响较大,对相电流差突变量选相元件影响较小。研究成果可对电铁负载的合理调配、风电场机组选型、容量配置、机组不平衡保护配置及提升风电场线路选相元件和方向元件的适应能力提供参考依据,具有工程应用价值。
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