含分布式电源配电网短路计算的改进方法_王成山
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分布式电源处理方法11基于pwm逆变器的分布式电源通常光伏发电系统燃料电池以及蓄电池等都通过逆变器接入电网逆变器输出的有功功率与发电侧的能量输入特性如风速变化光照强度变化及燃料进料控制特性等和工作环境如温度压力空气密度等有关由于一般能量输入特性及工作环境的变化相对于故障暂态过程而言变化较慢所以在分析短路故障时可以假定输入能量恒定即逆变器在故障时维持恒功率输综上基于pwm逆变器的分布式电源短路处理方法为
综上所述，基于 ＰＷＭ 逆 变 器 的 分 布 式 电 源 短 路处理方法为：由稳 态 潮 流 计 算 得 到 故 障 前 逆 变 器 的 输 出 功 率 ，故 障 后 维 持 恒 功 率 运 行 。
逆变器控制一般可分为电压型逆变器控制和电 流型逆变器控 制 。 ［８］ 逆 变 器 结 构 如 图 １ 所 示，直 流 侧 输 入 端 并 联 有 大 电 容 ，电 网 侧 连 接 有 滤 波 器 。
零序电势均为零；Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ 为 电 网 三 相 电 压；Ｐ 和 Ｑ 分别为短路故障前逆变器输出的有功功率和无功
·· ·
功率；Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ 为 逆 变 器 的 三 相 输 出 电 流。 则 图 １ 所示的等效电路如图２所示。
图 ２ 逆 变 器 主 电 路 等 效 图 Ｆｉｇ．２ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
式 （３）所 示 。
ＰＲ ＋ＱＸ Ｕ
＝
ΔＵ
（１）
ＰＸ －Ｅ ＝Ｕ ＋ΔＵ ＋ｊδＵ
（３）
·· ·
从而可 以 得 到 逆 变 器 出 口 三 相 电 压 Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ
分别为：
·
·
烄Ｅａ ＝ Ｅ
·
·
烅Ｅｂ ＝ ｅｊ２４０°Ｅ
·
·
烆Ｅｃ ＝ ｅｊ１２０°Ｅ
（４）
再由电网三相电压即可求得逆变器输出三相电
关 键 词 ：分 布 式 电 源 ；配 电 网 ；同 步 发 电 机 ；异 步 发 电 机 ；逆 变 器 ；短 路 电 流 计 算
０ 引 言
分布式电源 （ＤＧ）是 指 在 配 电 系 统 中 靠 近 用 户 侧引入的容量不大（一般小于几兆瓦）的电 源［１］。 将 大电网与分布式电 源 相 结 合 能 够 节 省 投 资、降 低 能 耗，是２１世纪电力工业发展的方向 。 ［２］ 分布式 电 源 类型不同，其接入 配 电 系 统 的 方 式 也 不 同，例 如：风 力发电系统主要采用同步发电机或异步发电机并入 电 网 ，输 出 工 频 交 流 电 流 ；光 伏 发 电 系 统 通 常 采 用 最 大 输 出 功 率 控 制，输 出 直 流 电，通 过 脉 宽 调 制 （ＰＷＭ）逆 变 器 转 变 成 工 频 交 流 电 并 网 ；微 型 燃 气 轮 机 发 电 系 统 一 般 采 用 永 磁 发 电 机 ，输 出 高 频 交 流 电 ， 需要 先 由 整 流 器 转 变 成 直 流 电，然 后 通 过 ＰＷＭ 逆 变器转变成工频交 流 电 并 网；燃 料 电 池 发 电 系 统 输 出直 流 电，通 过 ＰＷＭ 逆 变 器 转 变 成 工 频 交 流 电 并 网。因此，接入配电 网 的 分 布 式 电 源 按 照 其 接 口 类 型可 以 分 为 基 于 ＰＷＭ 逆 变 器 的 分 布 式 电 源、基 于 同步发电机的分布式电源及基于异步发电机的分布 式电源３类。
流值分别：
·
·
烄Ｉ·ａ
＝
Ｅａ －Ｕａ Ｒ ＋ｊ Ｘ
·
·
·
烅Ｉｂ
＝
Ｅｂ －Ｕｂ Ｒ ＋ｊ Ｘ
（５）
·
·
·
Ｉｃ 烆
＝
Ｅｃ －Ｕｃ Ｒ ＋ｊＸ
上述 分 析 过 程 中，实 际 上 保 证 了 故 障 前 后 逆 变
器输出功率不变。
另外 在 逆 变 器 的 控 制 装 置 中，通 常 都 有 一 个 低
电 压 保 护 装 置 ，如 果 逆 变 器 出 口 电 压 低 于 某 一 值 ，其
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
·
由于次暂态电 动 势 Ｅ″具 有 短 路 前 后 瞬 间 维 持 不变的特性，所以可 由 故 障 前 稳 态 潮 流 计 算 的 状 态
— ５５ —
２０１２，３６（２３）
量来求得。
·
·
·
·
Ｅ０″ ＝Ｕ１０ ＋ｊ Ｉ１０Ｘｄ″＋ＲａＩ１０
（７）
·
·
式中：Ｕ１０为同步发电机 短 路 前 的 端 电 压；Ｉ１０为 同 步
１ 分 布 式 电 源 处 理 方 法
收 稿 日 期 ：２０１２－０２－２７；修 回 日 期 ：２０１２－０６－２７。 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３ 计 划 ）资 助 项 目 （２００９ＣＢ２１９７００，２０１０ＣＢ２３４６０８）。
１．１ 基于 ＰＷＭ 逆变器的分布式电源 通常 光 伏 发 电 系 统、燃 料 电 池 以 及 蓄 电 池 等 都
图２中，Ｘ 为逆变器输出滤波器的电抗，Ｒ 为逆
变器输出滤波器的等效电阻。电网三相电压通过相
·
序变换关系可以得到正序 电 势，用 Ｕ 表 示。 逆 变 器
内电势只存在正序 电 势，有 功 功 率 也 只 与 正 序 电 势
有关 。 ［９］ 根据电压降落和功率损耗的关系可以 求 得
·
短路 故 障 时 逆 变 器 内 部 正 序 电 势 Ｅ，如 式 （１）—
大 量 分 布 式 电 源 接 入 配 电 网 中，有 必 要 重 新 对 各种电力设备进行 评 估，调 整 继 电 保 护 装 置 的 动 作 值［３］，以及考虑是否加装其他的保护装置等，而 进 行 这些工作至关重要的依据就是短路电流值。由于各 种不同类型分布式 电 源 的 引 入，对 含 分 布 式 电 源 的 配电 网 短 路 电 流 计 算 提 出 了 新 的 要 求。 在 文 献［４－５］中，提出了含分布式发电系统的短路计算 方
·
Ｉｃ 烆
＝
Ｅｃ －Ｕｃ Ｒａ ＋ｊ Ｘｄ″
综 上 所 述，基 于 同 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源 短 路
·
·
计算处理方 法 为：由 稳 态 潮 流 计 算 得 到 Ｕ１０ 和Ｉ１０，
·
由式（７）得到同步发电机次 暂 态 电 动 势 Ｅ０″，再 根 据
式 （８）求 得 同 步 发 电 机 的 输 出 电 流 。
·
·
·
·
Ｅ″ ＝Ｕ１ ＋ｊ Ｉ１Ｘｄ″＋Ｉ１Ｒａ
（６）
·
式中：Ｅ″为次暂 态 电 动 势；Ｒａ 为 同 步 发 电 机 定 子 等
·
·
值电阻；Ｕ１ 为同步发电 机 端 电 压；Ｉ１ 为 同 步 发 电 机
输出电流。
同步发电机的次暂态等效电路如图３所示。
图 ３ 同 步 发 电 机 的 次 暂 态 等 值 电 路 Ｆｉｇ．３ Ｓｕｂ－ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ
略电源在短路时的暂态过程 。 ［６］ 由于接入配电 网 的
分 布 式 电 源 容 量 一 般 都 不 大 ，同 时 ，为 了 使 配 电 网 短
路计算的结果更加 接 近 于 真 实 值，在 进 行 故 障 分 析
时，必须考虑分 布 式 电 源 的 暂 态 过 程。 对 于 同 步 发
电机，为简化分析，假定ｄ 轴次暂态电抗与ｑ 轴次暂 态电抗 相 等，即 Ｘｄ″＝Ｘｑ″，计 及 阻 尼 绕 组 时 的 电 压 方 程 为 ［１０］ ：
发电机短路前的输出电流。
··
根据式（４）得 到 同 步 发 电 机 的 内 电 势 Ｅａ，Ｅｂ，
·
Ｅｃ。再由同 步 发 电 机 出 口 电 压 即 可 得 到 同 步 发 电 机输出的三相电流值为：
·
·
·
烄Ｉａ
＝
Ｅａ －Ｕａ Ｒａ ＋ｊ Ｘｄ″
·
·
·
烅Ｉｂ
＝
Ｅｂ －Ｕｂ Ｒａ ＋ｊ Ｘｄ″
（８）
·
·
１．３ 基 于 异 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源
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，ｄ，ｑ 轴 参 数 相 等，转 速 为 非 同 步 速。 在 外 电 网 故 障 时 ，与 同 步 发 电 机 相 似 ，异 步 发 电 机 的
法 ，对 各 种 分 布 式 电 源 采 用 潮 流 计 算 时 的 稳 态 模 型 ， 但分布式电源在电 网 发 生 故 障 时，将 不 能 维 持 正 常 的 运 行 模 式 ，如 果 仍 采 用 潮 流 计 算 时 的 稳 态 模 型 ，并 不 符 合 实 际 情 况 。 在 文 献 ［６］中 ，提 到 在 短 路 计 算 时 可将接入的分布式电源用一个理想电压源和阻抗的 连接来模拟，根据分 布 式 电 源 对 短 路 电 流 注 入 容 量 的 不 同 ，采 用 不 同 的 阻 抗 来 区 别 ，这 种 方 法 是 一 种 近 似 处 理 ，必 然 会 造 成 较 大 误 差 。
自身的低电压保护将迅速动作切除电源。而在本文
的 短 路 计 算 中 ，将 不 考 虑 各 种 保 护 装 置 的 动 作 ，以 获
得最严重情况下的短路电流值。
１．２ 基 于 同 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源
在短 路 计 算 时，通 常 认 为 当 电 源 容 量 大 于 ３ 倍
短 路 容 量 时 ，可 将 其 作 为 无 限 大 容 量 的 电 源 ，从 而 忽
图 １ 逆 变 器 主 电 路 结 构 图 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
假设 ＰＷＭ 逆 变 器 本 身 三 相 对 称，即 图 １ 中
·· ·
Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ 为 三 相 对 称 电 压，逆 变 器 的 负 序 电 势 和
·· ·
为准确计算含分布式电源的配电网短路电流， 本文充分考虑了各种分布式电源的动态特性。在短 路故障时，ＰＷＭ 逆变器的输 出 遵 守 恒 功 率 原 则；同 步发电机计及阻尼 绕 组 的 动 态 过 程，其 次 暂 态 电 动 势保持不变；异步发 电 机 可 以 看 做 是 同 步 电 机 的 特 例，其励磁 电 压 为 零，与 同 步 发 电 机 的 处 理 方 法 相 似。综上，本文提出 了 一 种 含 分 布 式 电 源 配 电 网 短 路计算的改进方法。该方法首先利用潮流计算获得 故障 前 ＰＷＭ 逆 变 器 输 出 的 功 率，以 及 同 步 发 电 机 的次暂态电动势和 异 步 发 电 机 的 次 暂 态 电 动 势，其 值 可 直 接 作 为 短 路 计 算 时 所 需 的 部 分 已 知 量 ；然 后 ， 依据上述３ 类 分 布 式 电 源 在 故 障 时 的 不 同 运 行 特 性 ，提 出 不 同 的 短 路 处 理 方 法 ；最 后 ，在 ２０ 节 点 算 例 中通过接地电路模 拟 短 路 故 障，采 用 相 分 量 法 和 序 分量法相结合的方 法，计 算 各 节 点 的 电 压 及 故 障 点 的短路电流。
摘要：接入配电网的分布式电源按照其 接 口 可 以 分 为 基 于 同 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源、基 于 异 步 发 电机的分布式电源及基于脉宽调制逆变器的分布式电源３类。随着其在配电网中渗透率不断提 高，文中提出一种含分布式电源的配电网短路电流 计算 改进 方 法。 该 方 法 首 先 利 用 潮 流 计 算 得 到 正 常 运 行 情 况 下 分 布 式 电 源 的 某 些 状 态 量 ，根 据 分 布 式 电 源 不 同 接 口 类 型 的 特 性 ，短 路 计 算 时 保 持 某些状态量不变，由此求得短 路 时 各 种 分 布 式 电 源 提 供 的 电 流 值。 在 ２０ 节 点 算 例 系 统 中 进 行 验 证 ，结 果 说 明 了 该 方 法 的 可 行 性 和 有 效 性 。
通过逆变器接入电 网，逆 变 器 输 出 的 有 功 功 率 与 发 电 侧 的 能 量 输 入 特 性 （如 风 速 变 化 、光 照 强 度 变 化 及
— ５４ —
· 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
燃 料 进 料 控 制 特 性 等 ）与 工 作 环 境 （如 温 度 、压 力 、空 气 密 度 等 ）有 关 ，由 于 一 般 能 量 输 入 特 性 及 工 作 环 境 的变化相对于故障 暂 态 过 程 而 言 变 化 较 慢，所 以 在 分析短路故障时可 以 假 定 输 入 能 量 恒 定，即 逆 变 器 在故障时维持恒功率输出 。 ［７］
第 ３６ 卷 第 ２３ 期 ２０１２ 年 １２ 月 １０ 日
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．２３．０１０
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２３ Ｄｅｃ．１０，２０１２
含分布式电源配电网短路计算的改进方法
王 成 山 ，孙 晓 倩
（智能电网教育部重点实验室，天津大学，天津市 ３０００７２）
综上所述，基于 ＰＷＭ 逆 变 器 的 分 布 式 电 源 短 路处理方法为：由稳 态 潮 流 计 算 得 到 故 障 前 逆 变 器 的 输 出 功 率 ，故 障 后 维 持 恒 功 率 运 行 。
逆变器控制一般可分为电压型逆变器控制和电 流型逆变器控 制 。 ［８］ 逆 变 器 结 构 如 图 １ 所 示，直 流 侧 输 入 端 并 联 有 大 电 容 ，电 网 侧 连 接 有 滤 波 器 。
零序电势均为零；Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ 为 电 网 三 相 电 压；Ｐ 和 Ｑ 分别为短路故障前逆变器输出的有功功率和无功
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功率；Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ 为 逆 变 器 的 三 相 输 出 电 流。 则 图 １ 所示的等效电路如图２所示。
图 ２ 逆 变 器 主 电 路 等 效 图 Ｆｉｇ．２ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
式 （３）所 示 。
ＰＲ ＋ＱＸ Ｕ
＝
ΔＵ
（１）
ＰＸ －Ｅ ＝Ｕ ＋ΔＵ ＋ｊδＵ
（３）
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从而可 以 得 到 逆 变 器 出 口 三 相 电 压 Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ
分别为：
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烄Ｅａ ＝ Ｅ
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烅Ｅｂ ＝ ｅｊ２４０°Ｅ
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烆Ｅｃ ＝ ｅｊ１２０°Ｅ
（４）
再由电网三相电压即可求得逆变器输出三相电
关 键 词 ：分 布 式 电 源 ；配 电 网 ；同 步 发 电 机 ；异 步 发 电 机 ；逆 变 器 ；短 路 电 流 计 算
０ 引 言
分布式电源 （ＤＧ）是 指 在 配 电 系 统 中 靠 近 用 户 侧引入的容量不大（一般小于几兆瓦）的电 源［１］。 将 大电网与分布式电 源 相 结 合 能 够 节 省 投 资、降 低 能 耗，是２１世纪电力工业发展的方向 。 ［２］ 分布式 电 源 类型不同，其接入 配 电 系 统 的 方 式 也 不 同，例 如：风 力发电系统主要采用同步发电机或异步发电机并入 电 网 ，输 出 工 频 交 流 电 流 ；光 伏 发 电 系 统 通 常 采 用 最 大 输 出 功 率 控 制，输 出 直 流 电，通 过 脉 宽 调 制 （ＰＷＭ）逆 变 器 转 变 成 工 频 交 流 电 并 网 ；微 型 燃 气 轮 机 发 电 系 统 一 般 采 用 永 磁 发 电 机 ，输 出 高 频 交 流 电 ， 需要 先 由 整 流 器 转 变 成 直 流 电，然 后 通 过 ＰＷＭ 逆 变器转变成工频交 流 电 并 网；燃 料 电 池 发 电 系 统 输 出直 流 电，通 过 ＰＷＭ 逆 变 器 转 变 成 工 频 交 流 电 并 网。因此，接入配电 网 的 分 布 式 电 源 按 照 其 接 口 类 型可 以 分 为 基 于 ＰＷＭ 逆 变 器 的 分 布 式 电 源、基 于 同步发电机的分布式电源及基于异步发电机的分布 式电源３类。
流值分别：
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烄Ｉ·ａ
＝
Ｅａ －Ｕａ Ｒ ＋ｊ Ｘ
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烅Ｉｂ
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Ｅｂ －Ｕｂ Ｒ ＋ｊ Ｘ
（５）
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Ｉｃ 烆
＝
Ｅｃ －Ｕｃ Ｒ ＋ｊＸ
上述 分 析 过 程 中，实 际 上 保 证 了 故 障 前 后 逆 变
器输出功率不变。
另外 在 逆 变 器 的 控 制 装 置 中，通 常 都 有 一 个 低
电 压 保 护 装 置 ，如 果 逆 变 器 出 口 电 压 低 于 某 一 值 ，其
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
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由于次暂态电 动 势 Ｅ″具 有 短 路 前 后 瞬 间 维 持 不变的特性，所以可 由 故 障 前 稳 态 潮 流 计 算 的 状 态
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量来求得。
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Ｅ０″ ＝Ｕ１０ ＋ｊ Ｉ１０Ｘｄ″＋ＲａＩ１０
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式中：Ｕ１０为同步发电机 短 路 前 的 端 电 压；Ｉ１０为 同 步
１ 分 布 式 电 源 处 理 方 法
收 稿 日 期 ：２０１２－０２－２７；修 回 日 期 ：２０１２－０６－２７。 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３ 计 划 ）资 助 项 目 （２００９ＣＢ２１９７００，２０１０ＣＢ２３４６０８）。
１．１ 基于 ＰＷＭ 逆变器的分布式电源 通常 光 伏 发 电 系 统、燃 料 电 池 以 及 蓄 电 池 等 都
图２中，Ｘ 为逆变器输出滤波器的电抗，Ｒ 为逆
变器输出滤波器的等效电阻。电网三相电压通过相
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序变换关系可以得到正序 电 势，用 Ｕ 表 示。 逆 变 器
内电势只存在正序 电 势，有 功 功 率 也 只 与 正 序 电 势
有关 。 ［９］ 根据电压降落和功率损耗的关系可以 求 得
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短路 故 障 时 逆 变 器 内 部 正 序 电 势 Ｅ，如 式 （１）—
大 量 分 布 式 电 源 接 入 配 电 网 中，有 必 要 重 新 对 各种电力设备进行 评 估，调 整 继 电 保 护 装 置 的 动 作 值［３］，以及考虑是否加装其他的保护装置等，而 进 行 这些工作至关重要的依据就是短路电流值。由于各 种不同类型分布式 电 源 的 引 入，对 含 分 布 式 电 源 的 配电 网 短 路 电 流 计 算 提 出 了 新 的 要 求。 在 文 献［４－５］中，提出了含分布式发电系统的短路计算 方
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Ｉｃ 烆
＝
Ｅｃ －Ｕｃ Ｒａ ＋ｊ Ｘｄ″
综 上 所 述，基 于 同 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源 短 路
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计算处理方 法 为：由 稳 态 潮 流 计 算 得 到 Ｕ１０ 和Ｉ１０，
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由式（７）得到同步发电机次 暂 态 电 动 势 Ｅ０″，再 根 据
式 （８）求 得 同 步 发 电 机 的 输 出 电 流 。
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Ｅ″ ＝Ｕ１ ＋ｊ Ｉ１Ｘｄ″＋Ｉ１Ｒａ
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式中：Ｅ″为次暂 态 电 动 势；Ｒａ 为 同 步 发 电 机 定 子 等
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值电阻；Ｕ１ 为同步发电 机 端 电 压；Ｉ１ 为 同 步 发 电 机
输出电流。
同步发电机的次暂态等效电路如图３所示。
图 ３ 同 步 发 电 机 的 次 暂 态 等 值 电 路 Ｆｉｇ．３ Ｓｕｂ－ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ
略电源在短路时的暂态过程 。 ［６］ 由于接入配电 网 的
分 布 式 电 源 容 量 一 般 都 不 大 ，同 时 ，为 了 使 配 电 网 短
路计算的结果更加 接 近 于 真 实 值，在 进 行 故 障 分 析
时，必须考虑分 布 式 电 源 的 暂 态 过 程。 对 于 同 步 发
电机，为简化分析，假定ｄ 轴次暂态电抗与ｑ 轴次暂 态电抗 相 等，即 Ｘｄ″＝Ｘｑ″，计 及 阻 尼 绕 组 时 的 电 压 方 程 为 ［１０］ ：
发电机短路前的输出电流。
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根据式（４）得 到 同 步 发 电 机 的 内 电 势 Ｅａ，Ｅｂ，
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Ｅｃ。再由同 步 发 电 机 出 口 电 压 即 可 得 到 同 步 发 电 机输出的三相电流值为：
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烄Ｉａ
＝
Ｅａ －Ｕａ Ｒａ ＋ｊ Ｘｄ″
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烅Ｉｂ
＝
Ｅｂ －Ｕｂ Ｒａ ＋ｊ Ｘｄ″
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１．３ 基 于 异 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源
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，ｄ，ｑ 轴 参 数 相 等，转 速 为 非 同 步 速。 在 外 电 网 故 障 时 ，与 同 步 发 电 机 相 似 ，异 步 发 电 机 的
法 ，对 各 种 分 布 式 电 源 采 用 潮 流 计 算 时 的 稳 态 模 型 ， 但分布式电源在电 网 发 生 故 障 时，将 不 能 维 持 正 常 的 运 行 模 式 ，如 果 仍 采 用 潮 流 计 算 时 的 稳 态 模 型 ，并 不 符 合 实 际 情 况 。 在 文 献 ［６］中 ，提 到 在 短 路 计 算 时 可将接入的分布式电源用一个理想电压源和阻抗的 连接来模拟，根据分 布 式 电 源 对 短 路 电 流 注 入 容 量 的 不 同 ，采 用 不 同 的 阻 抗 来 区 别 ，这 种 方 法 是 一 种 近 似 处 理 ，必 然 会 造 成 较 大 误 差 。
自身的低电压保护将迅速动作切除电源。而在本文
的 短 路 计 算 中 ，将 不 考 虑 各 种 保 护 装 置 的 动 作 ，以 获
得最严重情况下的短路电流值。
１．２ 基 于 同 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源
在短 路 计 算 时，通 常 认 为 当 电 源 容 量 大 于 ３ 倍
短 路 容 量 时 ，可 将 其 作 为 无 限 大 容 量 的 电 源 ，从 而 忽
图 １ 逆 变 器 主 电 路 结 构 图 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
假设 ＰＷＭ 逆 变 器 本 身 三 相 对 称，即 图 １ 中
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Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ 为 三 相 对 称 电 压，逆 变 器 的 负 序 电 势 和
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为准确计算含分布式电源的配电网短路电流， 本文充分考虑了各种分布式电源的动态特性。在短 路故障时，ＰＷＭ 逆变器的输 出 遵 守 恒 功 率 原 则；同 步发电机计及阻尼 绕 组 的 动 态 过 程，其 次 暂 态 电 动 势保持不变；异步发 电 机 可 以 看 做 是 同 步 电 机 的 特 例，其励磁 电 压 为 零，与 同 步 发 电 机 的 处 理 方 法 相 似。综上，本文提出 了 一 种 含 分 布 式 电 源 配 电 网 短 路计算的改进方法。该方法首先利用潮流计算获得 故障 前 ＰＷＭ 逆 变 器 输 出 的 功 率，以 及 同 步 发 电 机 的次暂态电动势和 异 步 发 电 机 的 次 暂 态 电 动 势，其 值 可 直 接 作 为 短 路 计 算 时 所 需 的 部 分 已 知 量 ；然 后 ， 依据上述３ 类 分 布 式 电 源 在 故 障 时 的 不 同 运 行 特 性 ，提 出 不 同 的 短 路 处 理 方 法 ；最 后 ，在 ２０ 节 点 算 例 中通过接地电路模 拟 短 路 故 障，采 用 相 分 量 法 和 序 分量法相结合的方 法，计 算 各 节 点 的 电 压 及 故 障 点 的短路电流。
摘要：接入配电网的分布式电源按照其 接 口 可 以 分 为 基 于 同 步 发 电 机 的 分 布 式 电 源、基 于 异 步 发 电机的分布式电源及基于脉宽调制逆变器的分布式电源３类。随着其在配电网中渗透率不断提 高，文中提出一种含分布式电源的配电网短路电流 计算 改进 方 法。 该 方 法 首 先 利 用 潮 流 计 算 得 到 正 常 运 行 情 况 下 分 布 式 电 源 的 某 些 状 态 量 ，根 据 分 布 式 电 源 不 同 接 口 类 型 的 特 性 ，短 路 计 算 时 保 持 某些状态量不变，由此求得短 路 时 各 种 分 布 式 电 源 提 供 的 电 流 值。 在 ２０ 节 点 算 例 系 统 中 进 行 验 证 ，结 果 说 明 了 该 方 法 的 可 行 性 和 有 效 性 。
通过逆变器接入电 网，逆 变 器 输 出 的 有 功 功 率 与 发 电 侧 的 能 量 输 入 特 性 （如 风 速 变 化 、光 照 强 度 变 化 及
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· 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
燃 料 进 料 控 制 特 性 等 ）与 工 作 环 境 （如 温 度 、压 力 、空 气 密 度 等 ）有 关 ，由 于 一 般 能 量 输 入 特 性 及 工 作 环 境 的变化相对于故障 暂 态 过 程 而 言 变 化 较 慢，所 以 在 分析短路故障时可 以 假 定 输 入 能 量 恒 定，即 逆 变 器 在故障时维持恒功率输出 。 ［７］
第 ３６ 卷 第 ２３ 期 ２０１２ 年 １２ 月 １０ 日
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．２３．０１０
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２３ Ｄｅｃ．１０，２０１２
含分布式电源配电网短路计算的改进方法
王 成 山 ，孙 晓 倩
（智能电网教育部重点实验室，天津大学，天津市 ３０００７２）