風電接入電力系統故障電流的影響因素分析及對繼電保護的影響

陶颋晟

【摘 要】由于社會發展迅速，人們對電能的需求量也在逐步增加，為可以充分滿足人們用電的需求，在多數地區中都開展了風力發電項目，同時緩解了用電的需求量，可是該種風力發電形式對繼電保護有一些影響。所以，本文以風電接入后繼電保護性能為切入點，分析了風電接入給繼電保護帶來的影響，探討了適應風電接入的舉措，以供相關人員研究和參考。

【關鍵詞】風電接入；繼電保護；影響

伴隨能源危機與生態環境問題逐漸顯現出來，風電等可再生資源能源受到了社會各界人士的關注，根據有關統計表明風電裝機容量增加了，在風電市場內處在較高的位置，風電變成了三大電源之一。雖風電裝機規模排全球第一，可是風電運行過程中慢慢顯現出很多問題，風機脫網問題屢發。繼電保護是電網安全運行的首道防線，從一開始的識別且切除故障元件避免被損壞，發展到了迅速切除故障問題，阻遏系統運行情況更加嚴重、提升并列運行安全的多重任務，為確保電能有效傳輸與利用起到了一定作用。風電接入將電力系統運行特點改變了，給繼電保護配置帶來了全新的挑戰。此次研究就風電接入對繼電保護影響問題進行了論述。

一、風電接入后繼電保護性能

通常而言，風電場是由很多臺風電機組成的，每一個機組生產的電能經過集電線路聚集，以風電場送出變壓器外送到系統。風電場及送出線的保護配置就是：

首先，送出變壓器保護。風電場送出變壓器中依舊采用的普通的變壓器保護，該原理就是雙側及三側在故障前后電壓與電流具備一樣的頻率，借助電流差動原理推斷出區內及區外的故障。有關調查表明DFIG在故障階段投入Crowbar電路來達到LVRT，集電線風機側與風機出口電源頻率伴隨故障前工作情況出現偏移，基于傅里葉工頻算法電流基頻相量幅值根據某種規律進行擺動，因而，基于相量值的差動保護動作電流和制動電流會議很多的頻率分量大規模波動，不能確保差動保護正確動作。投進Crowbar電路以后，風電場側頻率偏移工頻，借助傅里葉工頻算法不能正確獲取差流內的2次諧波。所以，一般的電力變壓器保護不適合使用在風電接入系統內。

其次，風電場送出線路保護。我國風電基本使用的是超高壓遠距離送出。送出線路保護依舊使用普通輸電線路保護配置，配置縱聯保護作為主保護，不思考風電特征。故障階段的風電集中接入區電網的電磁暫態特性與一般的能源電網不相同，基于過去的電力系統故障暫態響應的繼電保護動作性能不能確保。一些地區屢屢出現風電送出線路保護誤選問題。具有低電壓穿越性能的雙饋式風電場送出線路三相故障過程中，轉子電流是衰減直流，風機的機端基于故障前轉速率的交流電動勢衰減速度快，同時風電場阻抗比系統測阻抗大。風電場測電壓是由電網工頻電壓來支撐的。風電場測電流是風機轉速決定的非工頻交流，導致電壓與電流頻率有差異。

二、風電接入對繼電保護帶來的影響分析

（一）風電機組短路問題

一般情況下，電壓很高的配置運行是非常穩定的。打個比方，330kV及330kV以上的主網繼電保護配置是很健全的，事故切除率是100%，倘若主網出現短路問題，風電場并網點電壓就會遭到故障性質以及故障點電氣距離所影響。如果故障連續時間是0.1S以內，那么就會在1S以后重合。風電場短路電流與首次故障問題有一定的差別，具有LVRT能力的風電機組未必可以穿越二次沖擊。因而，具有LVRT能力與風機出力大小與否等和風電機組短路特點有著非常緊密的聯系。

（二）波動性能源并網問題

因為波動性能源并網，很多電力電子元件的運行方法出現了一定的改變，將機組及系統的靈活性降低了，給運行方法的新原理保護探究提出了嚴要求。風電并網以后，被各方面因素所影響，比如，受正負序不等與控制系統等影響，導致原來的故障分類截取與疊加原理等分析方式無法使用在這一系統之中，必須要深入探索常規縱聯方向及距離等。

（三）小電流系統選線困難

大部分35kV集電系統是不接地系統，單相接地運轉的時間通常保持在兩小時以為。這樣的接地方法應當利用配電系統設計方案。一般條件下，其適合使用在接地電流小的架空線路中。假設把其運用在架空線路與電纜混合發電系統，該種接線方法一定是不科學的。因為配置的小電流選線裝置選線準確性不高，相關工作人員難以在第一時間發現單相接地問題，造成故障變大。為防止故障變大，需要經過電流行波等暫態信號開展故障選線，突破過去的思維，將小電流系統故障選線難度減小，借此來提升風電機組運行的安全性與穩定性。

三、適應風電接入的對策

要想保證風電接入的安全性以及適應性，必須要相關工作人員思考到電網規劃與設計等環節的要求，主動遵從風電場集電系統接線方法與保護配置基本原則，綜合協調，配合風電機組保護及配繼電保護，把繼電保護當作風電接入的首道防線，同時增加對其的關注力度。

（一）使用機電系統接地方法

風電場35kV運行線路過程中，集電系統中性點接地方法會影響到風電場安全。風電場功能密度低，同時風電場發電出力時間是額定功率20%。例如，在酒泉風電場之中，一條35kV集電線路有功潮流比10MW小。這不單單不會對用戶帶來一定的影響，與此同時也不會影響到電網安全運行，還能夠有效彌補過去配電系統里面切除線路與用戶停電的缺陷。為可以防止故障變大，在新建設的風電場內，需要借助集電系統接地法，配置繼電保護裝置，在合適的方位配置具備跳閘能力的小電流接地選線設備，這樣有益于在單相接地以后實時切除故障問題，保證風電機組運行是安全的，穩定的。

（二）配置完整的監控系統

風電場控制室配置了健全的監控系統。風電場升壓站與變電站里面配置的故障錄波設備、相量測量設備等，能夠有效記錄事故整個過程的信息。按照風電場機組廠商與型號等，全面分析事故信息，計算與設計繼電保護裝置，提升風電接入系統以后，繼電保護運行的安全性與可靠性，從而深入探索新的繼電保護原理，此對于保證系統安全穩定運行有重要作用。

結束語：

總的說來，風力發電對我國的發展而言起著非常重要的作用，所以，應當在全國范圍以內進行廣泛開展?？墒菍τ陲L電接入中，對電力系統中繼電保護的影響這一問題，必須要引起系統中相關部門工作人員的高度重視，從而制定出有效的解決方案，以期可以促使該種風力發力形式的快速發展，而不再遭到繼電保護問題的干擾，進而給社會的發展貢獻出一份力量。

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（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）