定速风电机组三相短路故障分析
风电机组短路故障及应对策略研究
风电机组短路故障及应对策略研究摘要：近年来，伴随社会各界对可再生能源重视程度的不断加深，并以此为契机，大力发展以风力发电为代表的新能源发电技术，风电场规模不断扩大，国家对风电机组的并网运行也提出了更高的要求。
一直以来，短路故障是影响电网安全可靠运行的主要因素，电力系统在发生短路之后，电路结构也会随之发生改变，造成系统中功率分布的变化，从而影响发电机转速，破坏发电系统的稳定性，引起大片地区面临停电现象。
基于此，本文在分析风电机组短路电流特性的前提下，对风电机组短路故障进行分析，并提出几点应对策略。
关键词：风电机组；短路故障；应对策略引言：在能源资源短缺以及环境污染严峻的双重压力下，使人类认识到开发可再生新能源是实现可持续发展的必由之路。
目前，人们认识到的除水电以外的可再生新能源中，风力发电技术是当前新能源发电中最具潜力、技术最成熟和最具备开发规模的发电方式之一，风力发电技术越来越得到社会各界的广泛重视，与此同时，研究风电机组短路电流特性，及时发现风电机组短路故障，进而快速实行针对性措施，以确保风电机组正常运行。
1、风电机组短路电流的特性1.1 普通异步风电机组短路电流特性普通异步风电机组的转子绕组主要通过外接电阻闭合或直接短接，一般为三相对称绕组。
与同步发电机相比，没有单独的励磁绕组，当机端三相短路后机端电压降低至接近于零，电机由于无外加励磁，定子电流将逐渐衰弱，稳态路电流最终将衰竭至零。
异步电机短路中包括衰减的直流分量和衰减的交流分量。
直流分量按定子侧的时间常数衰减，交流分量按转子侧的时间常数衰减。
建立基于普通异步风电机组的风电场无穷大模型，采用由33台额定容量为1.5MW的异步风电机组组成的49.5MW风电场接入无穷大电压源的模型。
异步风电机组模型中包括风机、桨矩角控制、感应电机及偏航系统四部分。
分析时采用电磁暂态仿真，不考虑故障后风机转速的变化。
假设0.5s时，机组的升压变低压测出口发生三相短路。
无穷大功率电源供电系统三相短路故障总结
无穷大功率电源供电系统三相短路故障总结引言无穷大功率电源供电系统是工业生产过程中常见的供电系统之一，其具有功率大、稳定性好的特点。
然而，在实际应用中，难免会出现各种故障，其中三相短路故障是比较常见和严重的一种故障类型。
本文将对无穷大功率电源供电系统三相短路故障进行全面、详细、完整且深入地探讨。
三相短路故障的原因三相短路故障是由不同的原因引起的，下面将介绍几种可能的原因：1. 电缆老化电缆在长时间使用后可能会老化，电缆内部的绝缘层会出现劣化或裂纹，导致电缆绝缘性能下降，从而容易引发三相短路故障。
2. 设备故障无穷大功率电源供电系统中的设备如开关、断路器等也可能会发生故障，例如触点接触不良、烧损等，导致电路出现短路现象。
3. 异物侵入工业生产环境中存在很多异物，如金属碎片、杂物等，如果这些异物进入无穷大功率电源供电系统中，可能会导致电路出现短路。
三相短路故障的后果三相短路故障会对无穷大功率电源供电系统造成各种严重后果，下面列举几点：1. 设备损坏三相短路会导致电流突然增大，超过设备的额定电流，从而导致设备损坏，甚至发生火灾等严重事故。
2. 供电系统故障三相短路会造成供电系统的瞬时故障，整个系统可能会停电，从而导致工厂的生产中断，给企业带来严重的经济损失。
3. 安全隐患三相短路故障可能会导致设备变得不稳定，存在安全隐患，例如电流过大容易引发火灾，给工作人员带来伤害。
三相短路故障的检测方法为了避免三相短路故障的发生，必须采取有效的检测方法。
下面是几种常见的三相短路故障的检测方法：1. 温度检测法通过监测供电系统设备的温度变化来间接检测三相短路的发生。
当设备或电缆发生短路时，电流会增大，导致设备发热，从而引起温度升高，通过温度变化可以判断是否存在短路故障。
2. 电压检测法通过监测供电系统的电压变化来检测三相短路故障。
当发生短路故障时，电流突然增大，导致电压下降，通过监测电压变化可以判断是否存在短路故障。
3. 电流检测法通过监测供电系统的电流变化来直接检测三相短路故障。
风力发电机组三相电流不平衡故障分析
（下转第136页）时代农机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第44卷第10期Vol.44No.102017年10月Oct.2017作者简介：苗宝平（1982-），男，内蒙古人，大学本科，工程师，主要研究方向：自动化。
风力发电机组三相电流不平衡故障分析苗宝平，杨博(,010000)摘要：中广核苏尼特右旗风电场多台风力发电机机组频繁出现三相电流不平衡故障，通过对故障的分析和排查故障点过程的详细说明希望可以给其他风电场进行参考。
关键词：风力发电机；发电机；三相电流；不平衡1背景说明中广核苏尼特右旗风电场使用50台北重FD80-2000型风力发电机组，2009年投产，在最近的几个月时间内多台风机出现三相电流不平衡报警问题，导致频繁停机；经过调去后台数据分析后，该故障多发生在低风速阶段，也有个别风机在高风速阶段也出现不平衡。
当发生三相电流不平衡是会给机组、箱变、电网带来极大的危害。
2三相电流不平衡懂的危害（1）可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果：不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多。
由于发热量Q＝0.24I2Rt，电流增为3倍，则发热量增为9倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。
且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50％，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。
中性线烧断的几率更高。
在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。
（2）在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。
但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。
（3）增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命：我们知道高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。
2种风电机组对电网三相短路电流的影响
机 可在不 同的极对 数下 运行 。 因为此感 应 电机无 励 磁 系统 。 固定 转速风 电机 组在 发 出有功 功率 的 同时 。
需要 吸 收无 功 功率 。 固定转 速 风 电机 组 的投入 或切 出操 作是通 过 自 动装 置或手 动操 作来 完成 的 ， 种操 作将 引起 电压 、 这 电流 和功率 的大 范 围波动 ．机 组之 间或 同一机 组 不
以及 叶片重力 偏差 也将对 风 电机组 的功率 输 出产生
影 响。此外 ， 固定 转速 风 电机 组 在 低风 速 时 能量 转
＋
州 ｈ ）
（） １
换 效率差 。
１２ 双 馈感应 电机风 电机 组模型 ． 基 于 双馈 感 应 电机 （ ＦＧ） 变 速风 电 机 组 在 ＤＩ 的
关键词 ： 电； 风 短路容量 ； 感应 电机 ； 双馈 电机 ； 恒功率因数 中图分类号 ：Ｍ６ ４ Ｔ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：６ ３ ７ ９ （０ ０ １— ０ １ ０ １７ — ５ ８ ２ １ ）０ ０ ６ — ４
电机 组 ，其 机 械 传 动 系 统 一 般 由风 力 机 、低 速 轴
Ｏ 引 言
随着全球能源消耗速度的持续增长 ， 常规能源 日 益
（ｓ 、 轮 箱 和 高速 轴 （ ） 部分 组 成 ， 结 构 如 Ｌ ）齿 ＨＳ 等 其
图ｌ 所示 。
枯竭， 风力发电以其无污染、 施工周期短 、 投资灵活、 占 地少 、 造价低等特 点， 越来越受到世界各 国的重视 。
功 率 的波动 都可 能引起 公共 连 接点 的电压 波动 。 固定转 速风 电机组 在连 续运 行过程 中也存 在输
出功率 的波 动 问题 。风 速 的变化 直接 导致 了风 电机
风力发电系统短路故障特征分析及对保护措施
风力发电系统短路故障特征分析及对保护措施社会与经济的快速发展离不开资源的提供，而资源并不是取之不尽用之不竭的，因此对可再生能源的开发和利用问题逐渐成为了社会重点关注和研究的核心。
风能是大自然赐予的可再生性资源，因为其的清洁和环保，因此被广泛的应用于世界各个领域。
其中风力发电技术更是得到了非常多的应用。
而在风力发电中有两个比较重要的系统，就是双馈异步风力发电系统和直驱同步风力发电系统。
本文就将通过对这两种发电系统的介绍，来进行对风力发电系统短路故障特征的分析，从而提出保护措施。
标签：风力发电；系统故障；短路；故障分析；保护措施引言：目前，世界上对于能源与环境问题的关注程度越来越高，正是在这种背景下，越来越多的对环境没有影响，对资源不够成浪费并且提供能源的方式被广泛的认同、接受、以及推行。
这其中就包括风能和水能，这两种能量的提供方式由于环保及提供能源较大、较快，因此备受青睐。
风能发电随着科学技术的进步也在逐渐的完善和发展，使风电场的装机容量越来越大，这有好的影响也存在不利问题，如果风电场中出现故障，就会对继电保护造成严重影响。
因此对于该问题的研究在安全性上至关重要。
一、风电系统结构及模型建立在风力发电中，能根据风能从而实现动能转化的设备很多，直驱式永磁同步风力发电机组就是其中的一种，这种发电系统具有很多方面的优势，其同步转速较低，结构简洁，没有齿轮箱，并且在能量转化方面，有着很特殊的优势，并且能够最大程度上的适应电网波动，同时在功率控制上也极为灵活，這在很大程度上提高的运行的效率和可靠性，因此已经成为目前主流的风力发电技术。
并且随着科学技术的不断提高，对直驱式永磁同步风电机组的研究也是逐渐深入。
目前，主要的研究方向为换流器的控制特性对发生故障时的故障特征的影响。
双馈异步风力发电系统是随着电力电技术和计算机控制技术的快速发展，交流励磁双馈发电机变速恒频发电系统越来越多的得到了应用，并且由理论到实践取得了一定的成果，提高了电力系统的稳定性和可靠性。
(最新整理)三相短路故障分析
；
Z1f
E I1
E
； Z 2 f I2
E
； Z 3 f I3
c1
I1 I f
E / Z 1 f E / Z f
Z f Z1f
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I 2 I f
E / Z 2 f E / Z f
Z
f
Z
2f
c3
I 3 I f
E / Z 3 f E / Z f
Z f Z 3f
Z 1f
Z f c1
Z1
Z2
Z1 Z2 Z3
Z 23
Z2
Z3
Z
2 Z Z1
3
Z 31
Z3
Z1
Z3 Z1 Z2
多支路星形变为网形 图7-31 多支路星形变为网形
4 1
Z 12 Z 1 Z 2 i 1 Z i
Z 23
Z 2Z 3
4 i1
1 Zi
Z ij
Z iZ
4
j i1
1 Zi
式中 :
tg 1 L
R
（2）非周期电流 （直流分量或自由分量）
短路电流的自由分量,记为
t
ia PCep tCeTa
（C为由初始条件决定的积分常数）
p— 特征方程 RpL0 的根。
pR L
T a — 非周期分量电流衰减的时间常数
Ta
1 p
L R
积分常数的求解
短路后的全电流可表示为：
短路前电流：
i iP ia P I Ps m itn () C t/T a e
系统中的电压大幅度下降。例如三相短 路时，短路点的电压将降为零，短路点 附近各点电压也将明显下降。
2021/7/26
(精选)电力系统三相短路故障分析
2002年我国220kV电网输电线路故障统计表
故障类型 三相短路 两相短路 两相接地 单相接地 其它故障
故障次数 17
故障百分 1.14% 比
28 1.88%
91 6.12%
1319 88.7%
32 2.16%
三相短路故障虽然很少发生，但情况比较严重， 且三相短路时电力系统仍是三相对称的，称为 对称故障 ，故本章分析三相短路故障
iImsi nt9o0Imet
短路电流在电气设备中产生的最大机械应力与这个 短路电流的最大瞬时值的平方成正比。
19
6.2.3 短路冲击电流
i im I p m si( 0 n .0 ) 9 1 o 0 I m e 0 .0 1 ( 1 e 0 .0 ) I 1 m K im I m
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
短路发生前
uU m si n t
iIm si n t
Im
Um
R1 R2 22 L1L2 2
tan1RL11RL22
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
• 设t=0时短路，则有合闸相角 恰为短路瞬 间a相电压的初相位角 。
• K点出现三相短路后，图6.1的电路被分成 两个独立的回路，左边的电路仍与电源相 连接，而右边的电路则变成不含电源的短 路回路。
说与合闸角 有
关。
14
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
• 根据三相对称电路的特点，还可以写出短路 后b、c两相电流的表达式 。
• 虽然它们的电路参数是相同的，但它们的合 闸角分别为 120o 和 120o ，可见非周期 分量为最大值或零值的情况只可能在一相出 现。
15
无穷大功率电源供电系统三相短路故障总结
无穷大功率电源供电系统三相短路故障总结一、背景介绍
无穷大功率电源供电系统是一种高性能的电源系统，主要用于工业、通信等领域的大型设备。
然而，在使用过程中，由于各种原因，可能会出现故障。
其中，三相短路故障是一种常见的故障类型。
二、故障原因
三相短路故障通常是由于电缆接头松动、接触不良或者设备内部元件损坏等原因引起的。
当出现这种故障时，会导致电流急剧增加，从而引起设备损坏甚至火灾等严重后果。
三、故障表现
在出现三相短路故障时，通常会有以下表现：
1. 供电系统输出电压急剧下降或者消失。
2. 供电系统输出电流急剧增加，并且超过额定值。
3. 设备内部出现异常声响或者烟雾。
4. 设备停机或者无法正常运行。
四、应对措施
为了应对三相短路故障，需要采取以下措施：
1. 在设计和安装无穷大功率电源供电系统时，应该采用高质量的电缆和接头，并且进行充分的测试和检验，确保其质量可靠。
2. 定期对无穷大功率电源供电系统进行维护和检修，及时发现并排除潜在的故障隐患。
3. 在出现三相短路故障时，应该立即切断电源，并且进行全面的检查和维修，确保设备能够正常运行。
五、总结
三相短路故障是无穷大功率电源供电系统中常见的故障类型。
为了避免这种故障的发生，需要采取一系列有效的措施，包括设计和安装高质量的电缆和接头、定期维护和检修、以及在出现故障时及时切断电
源并进行全面的检查和维修。
只有这样，才能确保无穷大功率电源供电系统能够稳定可靠地运行。
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电力工程技术
一、引言
目前的风力发电机组多采用恒速恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。
在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮的转速。
在这种情况下，风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。
效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。
与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈式发电机都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力发电机的运行始终处于上佳状态，机组效率提高。
同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。
二、定速风电机组工作原理
目前投入运行的风力发电机组主要有两种类型：一类是定桨距失速控制，另一类是变桨距控制。
本文所研究的定速风机为采用变桨控制的三相感应发电机。
这是一种风力机的功率调节完全依靠叶片气动特性的控制方式。
这种机组的输出功率随风速的变化而变化，所以通常难以保证在额定风速之前Ｃｐ （风能利用系数）较大，特别是在低风速段。
这种机组通常设计为有两个不同功率、不同极对数的感应发电机。
当风速超过额定风速时，通过叶片的失速或偏航控制降低Ｃｐ ，从而维持功率恒定，但实际上难以做到功率恒定，通常有些下降。
三、定速风电机组并网控制方案
定速风力发电系统由涡轮机、感应电机（三相感应电机）和发电机组组成。
在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的模型，整个系统主要通过定子绕组直接连接到电网，转子由风力机驱动。
风力发电机捕获的电能由感应发电机转换成电能，通过定子绕组传送到电网。
为了将发电机的输出功率限制在较高的风速范围内，可以控制俯仰角度。
为了产生功率，感应发电机的速度必须略高于同步速度。
但是速度变化通常很小，所以风力机和感应电机组合被认为是一个固定速度的风力发电
机，而定速风机系统并网模型由风电机
组、单机－无穷大电源、输电线组成。
四、定速风电机组系统短路故障
点的设置
短路模块相当于实际电路中的一个
三相断路器，断路器的开启和关闭时间
可以由外部Ｓｉｍｕｌｉｎｋ信号（外部控制模式）
或内部控制定时器（内部控制模式）控制。
三相断块使用三个断路器块，可以分别
打开和关闭相间故障，相对地故障。
三
相断块的消弧过程与断路器的消弧过程
相同。
为研究定速风电机组系统短路故
障，分别设置基本风、随机风、阵风、
渐风四种风力输入模型。
在定速风电机
组系统发生短路故障时，其结果如下：
（１）短路时风电机组输出的有功功
率急剧降低，定子所需的无功功率急剧
上升。
（２）电压迅速降低，电流迅速上
升。
（３）转子转速延迟上升，桨距角发
生变化。
五、 定速风电机组系统短路故
障分析与探讨解决问题的方法
定速感应风机自身不能发出无功功
率，需要从电网中吸收感性无功功率，
再加上变压器及输电线路上损耗的无功
功率，导致风电场需要的无功功率较
高，增加了系统的负担，并降低了系统
的稳定性。
针对以上原因，可以考虑利
用无功补偿的原理将风电场作为无功负
荷对待，在感应发电机定子端（即风机并
网的出口端）投入无功补偿装置，可以
降低风机对系统的无功需求，提高风电
场的电压稳定性，可采用ＳＴＡＴＣＯＭ无
功补偿装置进行无功补偿。
这时，在风
力发电机出口侧增加快速无功补偿装置
可以快速补偿系统无功功率从而提升电
压，减少电压的降低，提升风力发电机
组低电压穿越能力，增强系统稳定性。
六、结论
本文以定速风力发电机为研究对
象，对其并网运行过程中发生的三相短
路故障进行研究，针对这一问题，可以
得出定速风电机组不论在正常或故障运
行时，输出有功功率的同时，都要从
电网中吸收无功功率。
电力系统中的
电压、电流、功率等会随着风速的波动
而波动，由于采用的是桨距角可变的风
力发电机组，风速波动的影响进一步降
低。
为提升风力发电机组低电压穿越能
力，可在风力发电机组出口侧增设无功
补偿装置，从而减少了三相短路时的电
压降。
参考文献：
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筑大学学报，2018，35(01)：65-69.
作者简介：刘仕佳（1987—），湖北宜昌人，本
科（学士），助理工程师，国电广西新能源开发
有限公司灌阳项目安全专责 研究方向；风电施
工及运行。
定速风电机组三相短路故障分析
刘仕佳1 黄潇彬2 蒋小辉3
1.国电广西新能源开发有限公司;
2.国网湖北省电力有限公司襄阳供电公司
3. 三峡大学科技学院
【摘 要】风力发电在技术和成本上都具有较大优势，但是想要推进风力发电技术进一步发展，充分解决产业向前遇到的实际瓶颈，就要借助仿真系列产品去实际解决。
本文对定速风力发电机组的三相短路问题进行研究，分析风力发电机的背景、结构及其工作原理。
同时对其并网运行过程中发生的三相短路进行四种不同参数的数据分析。
针对其故障原因，提出相应的改进。
【关键词】定速风力发电机；三相短路故障；Simulink；无功补偿；低电压穿越
97。