大規模風電接入對繼電保護的影響與對策探究

摘 要：在當下不可再生能源不斷被消耗的大背景下，風電接入無疑緩解了電力資源不足的情況，但大規模風電在接入過程中，也會給繼電保護帶來一定影響。由此，文章就大規模風電接入對繼電保護產生的影響進行分析，并探索相關解決方法。

關鍵詞：大規模風電接入；繼電保護；影響與對策

1 我國風電并網存在的問題

我國目前的風電場系統以不接地系統為主，可以帶單相接地運行長達兩個小時，這樣的接地方式主要應用于架空線路，因為架空線路接線電流小，并不適用于電纜和架空電路混合系統，所以較容易導致小電流選線裝置動作率低，造成選線裝置發生錯誤，如果這樣情況下不能及時找出故障發生的位置，有可能導致一系列的安全問題。這樣情況比較常見，一般故障發生時只表現微小的電流，對于相關技術人員來說，找到故障所在有一定的難度。主網的繼電保護裝置要完善，如果主網繼電保護裝置發生故障，要對故障性質和故障發生距離進行分析，參照分析結果處理故障問題，若故障持續的時間超過了0.1秒，風電場將會再次受到損害，與前次故障不同，此次風電機組短路特性受到風機出力大小的影響。

2 風電基地繼電保護配置分析

2.1 風電場繼電保護配置

風力發電機組相應的繼電保護裝置，主要為高低頻保護、欠過壓保護、負荷保護、電網故障保護等，在故障發生時，保護裝置會根據故障性質發出信號，同時做出反應切除故障，并將故障退出發電機組。我們知道，箱式變壓器有兩種類型，即高壓和低壓，兩者配置不相同，高壓通常有熔斷器，低壓則配置電流斷路器。熔斷器能夠在電流短路或過載時保護電路，斷路器具有過載和短路保護作用。

2.2 并網線路繼電保護配置

就并網線路性質而言，其為330千伏線路，且通常是單向線路，在線路兩側有全線速動保護裝置，通常是光纖縱差、距離保護、高頻保護等三種模式負責全面保護，就該系統而言，其配置了相互獨立的雙套保護模式，通常情況下，一旦線路中單線、電壓有所變化，電網側面距離就起到相應的保護作用，同時其配有性能完善的就地判別裝置、失靈遠眺裝置等。

2.3 風電短路特性

根據研究電網側故障的結果表明，風電場側故障電流不同于常規風電機組的電流特點，風電機組通常采用鼠籠機，這種設備是定速的。隨著基地不斷建設發展，鼠籠機的使用率有所下降，雙饋機和直驅機的應用相對較多，且雙饋機應用比例偏多，因為雙饋機組可以通過變頻器達到電機交流的目的，變頻器能夠通過供給轉差功率減小容量需求。我們知道，風力機的轉速不同會使勵磁電流頻率不同，而發電系統則會根據變化的勵磁電流頻率進行調節，確保電流的恒頻輸出。雙饋機調節自身有功無功的功率是依據改變勵磁電流的相位和幅值，在風電機組發生短路故障時，相應的電流也受到影響，并會以一定規律依次衰減，成為穩態短路電流，而雙饋機組在這種情況下就會為風電機提供短時故障電流。由于330千伏變電站的零序阻抗小，因此電網接地短路時，產生的以零序電流為主的短路電流較大。

3 風電接入對繼電保護的影響

3.1 增大電路保護的難度

目前我國所使用的不接地集電系統容易造成小電流選線裝置動作率低，進而使選線裝置發生故障的幾率增加，若是故障沒有及時被找到，可能會導致故障擴大，進而影響電力系統穩定運行。而這些無疑增大了電路保護的難度，對繼電保護產生了一定的限定作用，使繼電保護的有效性降低。

3.2 加大風電脫網風險

為保證風力發電能夠穩定持續，相關技術人員會將風力電源加入電力系統并網點，而采取這樣的方式，會使相對應的風機在聯絡線跳閘后停止工作，導致相對應的聯絡線不能自動有效合閘，進而產生風電脫網問題，這樣一來，就增加了繼電保護維護電網的難度，使風力發電的穩定性降低，風電脫網概率增加，在導致能源浪費的同時，也增加了電網運行的危險性。

3.3 影響兩側保護

在對大規模風電接入進行繼電保護時，也會給兩側保護帶來一定影響，進而又造成隔離系統側發生短路，從而限制整個系統運行的風險。我們知道，風電組在穩定性降低后就會出現解列情況，而解列時間受多種因素影響，比如負荷電流的大小等，電流輸入風電場以后，短路電流促使斷路器裝置產生閉關現象，為防止設備受到損害，就要及時停止電流的輸出，因此大規模風電接入可能會導致故障發生的可能性增加。

4 解決方法與對策

4.1 加強對故障電流波形的研究

繼電保護裝置的保護重點是短路電流的衰減特征、短路電流最大值，大規模風電接入對繼電保護產生的影響主要體現在繼電保護整定與配合上，其沒有深入考慮繼電保護的根本原理，通常來說，對繼電保護產生較大影響的是故障暫態的濾波算法和波形特點，這些還關系到工頻電氣量的計算結果，所以，要加強對故障電流波形的研究，從而做到對繼電保護原理的全面分析。

4.2 加大并網電路重合閘的研究力度

如果風電場專用的220千伏或者110千伏線路接地出現狀況，要結合實際及時處理，假如發生單相瞬時接地，同時網點上的電壓又不足20%，一般采取機組全部跳閘的方式進行迅速處理，當電網上供電恢復后全部進行脫網處理；若是電壓大于20%，機組依然保持穩定運行，在電力恢復后又處于并網運行狀態，這樣在出現接地故障時，表現形式則呈現多樣化態勢，如重合閘不能及時動作，要根據實際情況具體分析。因為故障的不確定性，所以故障電壓也不相同，電壓未超過額定電壓萬分之一時，也可能全部跳閘。在進行大規模風電接入時，要根據實際的故障穿越要求，控制零電壓穿越并使用兩次以上的時間，將其掌握在100毫秒內，如此操作一般能夠使風機的要求時間短于20%額定電壓的保持時間。

4.3 加強自動化建設和風電操控管理

根據電網保護系統的實際情況來制定風電場繼電保護的方案和時限，有利于提升繼電力系統的穩定性。在將風電接入電網這一工作過程中，相關的電網保護和風電場具體的配置整定分別由不同部門負責，雖然是獨立部門，但應加強雙方交流溝通，相互配合，在定值問題上進行溝通協調，以免造成意外脫網故障。另外，對后備保護和電網自動重合閘的管理工作也要加以重視，確保在緊急情況發生時要及時切斷負荷，并促進各步控制工作之間協調性的提升，力爭構建一個完善的繼電保護體系。

4.4 加強對集群線路的繼電保護

一般來說，風電場機組無法持續提供短路電流，但是，受到模塊影響下短路電流，其波形可能產生一定的變化，這時，就要對短路電流進行全面分析研究，以便及時發現故障點并加以排除，同時，要全面分析整個電力系統保護的定值配合與延時配合問題，因為排除故障耗費的時間越長，風電場系統及電力系統的穩定性就越低，所以必須及時處理故障問題，對故障特點進行全面分析，并不斷開發和完善集群線路和相關的繼電保護方案。

參考文獻

[1]何倩.雙饋風電場并網對送出線路繼電保護的影響及改善措施

[D].華北電力大學，2014.

[2]徐覃萍.風電接入對配電網繼電保護的影響及其保護配置研究

[D].廣西大學，2014.

[3]王志安.大規模風電場接入電力電網系統繼電保護問題探討[J].中國高新技術企業，2016（32）：10-14.

[4]任坤龍，劉璐，明亮.接入電力系統的低電壓風電與繼電保護的配合研究[J].科技與企業，2015（17）：231.

作者簡介：王磊（1976-），男，畢業于東北電力學院，現就職于大唐山東清潔能源開發有限公司，研究方向：風力發電與清潔能源。