風電接入對電網繼電保護的影響分析

馮曉航

摘?要：分布式接入和集中式接入本身也在風電井網中發揮著重要的作用。本文有效地分析兩種接入方式，并有效地研究風電接入對之后電網繼電保護產生的影響。

關鍵詞：風電接入;電網建設;繼電保護;影響策略

一、故障特性及繼電保護

1.故障特性

繼電保護是基于系統故障特征分析與設計得來的。風電機組與風電場的故障分析是其中的重要環節，同步發電機電源與三項對稱系統是傳統意義上繼電保護的基礎內容。傳統意義上的繼電保護系統存在一定的缺點，系統發生問題前后，同步發電機的運行數據與狀態并不會發生變化。而現階段使用的異步發電機由風電機組組成，相較于傳統意義上的同步發電機，系統故障的出現是由于自身結構引起的。當系統中出現短路時，傳統的異步發電機短時間內會出現大電流，然后迅速衰減為零，該過程持續時間較短，并不能為系統提供短路電流。雙饋式發電機相較于傳統的異步發電機，可為短路系統提供短路電流，同時其電流衰減時間較長。.

2.繼電保護

勵磁結構的缺失。現階段，大多數風力發電廠常用的機型為鼠籠型異步電機，該電機無勵磁結構，當系統出現短路時，電流衰減較快，無法為短路系統提供短路電流。

選項裝置電流小動作率較低。不接地系統不易保障系統安全，當系統出現安全故障時，不利于故障的解除。不接地故障線路與電路電容電流較小，很大程度上會導致風電場系統故障難以排除。

波動性并網靈敏度較低。由于受到控制系統等多種因素的影響，風電網絡系統并網后，難以滿足電力系統中對靈敏度的要求，系統結構中選項單元與距離受到影響，進而產生繼電保護問題。當系統接入風電后，升壓變壓器由于接地產生變化，進而使零序網絡隨之變化，最終降低零序網絡的靈敏度。

當風電場并網聯絡線斷開后，其中的自動重合閘難以閉合。現階段，我國普遍使用的檢同期方式對系統的穩定性要求較高，網絡線斷開，很大程度上會影響風機的轉動，進而影響檢同期的成功率，使得重合閘無法閉合，進而產生風機脫網的故障。

（劇動常態化。由于設備缺少弱饋保護，進而很大程度上減弱了并聯網點聯絡線的保護性，使系統出現部分劇動。

二、風電接入對繼電保護的影響

1.部分電路故障存在選線問題

在電路機組正常工作的情況下，大部分的35kV集電系統采用的系統都是不接地系統，在單向接地的時候時長一般是一至二個小時，在風電工程中，這種接地方式都應該借鑒了配點系統中的相關設計方案，以達到正常運行的目的，但是一般情況下只有電流比較小的架空線路才會采取這種接地方式，而其他的線路相比之下對這種接地方式的使用十分少見，如果將這種系統強行安置到不適用的電纜和架空線路的混合系統中，短時間內成本可能會有所降低，但是此時也會因為系統不匹配而存在安全隱患。也就是說，小電流系統的選線條件比較苛刻，導致選線的正確率比較低，而且在選線錯誤的情況下，這個潛在的隱患還不容易被工作人員所發現，致使故障覆蓋面廣，造成更大的損失，所以說，小電流的體統故障選線難。

2.風電機組短路引起的電壓變化問題

電壓越高的風電系統配置在運行時具有更高的穩定性和安全性，但是設備運行的過程中一旦出現短路現象，電壓也會受到很大程度的影響，對機組的穩定運行不利。比如說：在風電系統中主網繼電保護設備擁有的穩定性較高，系統的完善具體體現在擁有高達100%的切錯率、運行安全系數高、對故障反應的速度快等方面。但是如果主網出現短路現象，就會對風電場并網點處的電壓產生比較大的影響。當然，電壓變化情況不僅僅和故障點的短路情況有關，故障的性質以及故障點的電氣距離也同樣會影響電壓的變化幅度。因此，可以說風電機組的短路問題受多方面的影響，比如風機的處力大小、控制的策略等等，不同的原因造成的機組短路情況也不盡相同。

三、應對措施

1.加強重合閘管理

重合閘的使用會對繼電保護的功能產生重要影響，同時也會對風電接入產生影響。當重合閘出現故障時，會極大地影響風電接入保護效率，因此對重合閘故障的及時處理是十分重要的。當風電場無法準確定位繼電保護裝置故障時，即使系統的實際電壓值較小，系統也會因電壓參數異常導致重合閘跳閘，但仍保持LVRT功能不變。系統可通過使用多次零電壓穿越，使系統穿越時間低于100ms/次，結合系統運行的狀況，穿越時間也可設置為125ms/次。

2.調整運行方式

風力發電廠故障的產生原因是解決系統故障的首要任務，分析系統的繼電保護故障要結合系統的實際運行情況，優先保護，合理安排。以減小故障為首要原則，結合系統實際情況合理安裝繼電接線方式。新建設的風力發電廠需結合風力發電廠安裝的實際位置與風力情況進行設計安裝。若系統安裝不屬于接地方式，需考慮設備安全，使用小電流具備跳閘功能的接地裝置。若系統繼電保護問題通過這些措施難以解決，可采取故障隔離方法，用以排除系統故障。

3.強化風電并網

運行、維修以及故障管理工作可通過使用相能測量系統、故障錄波裝置等監控裝置，對風力發電系統中各設備的運行情況進行實時監控。通過數據的采集、分析與處理，確保繼電保護裝置與風力發電系統的運行。

4.建立電磁暫態仿真模型

現階段，雙饋型風力發電機與永磁直驅機組電力系統發展越來越快，在電力系統中得到廣泛應用。因此，繼電保護需將其考慮在內。異步發電機組與傳統意義上的同步發電機組存在很大的不同。因此，風力發電系統系統的分析與處理需結合其設計原理與功能，建立準確的模型。對風力發電系統的實際情況進行分析，暫態仿真模型可對系統的實際運行進行動態模擬，為風電廠的分析處理提供技術支持。

5.加強開發集群電線路保護機理

當風電場產生集群電路問題時，將在很大程度上降低集群母線與風電機組的電壓。當系統出現故障且故障難以及時解除時，將在很大程度上對風電場的實際運行的可靠性產生影響，進而導致系統大面積脫網。若想及時解除故障，需準確定位故障點，對故障進行隔離處理。結合現階段掌握的系統信息全面分析，對系統進行不斷完善。

6.應用繼電保護自動化系統

繼電保護自動化系統可實時監控電網的實際運行，對系統中各參數記錄分析，實時監控電網系統中各參數，診斷系統問題，當系統出現故障時及時采取保護措施發出警報。

7.重視配合自動控制系統與安全自動裝置

繼電保護裝置的定值和時限需與電網運行保護相連，風力發電場的電網保護通過不同系統管理，為避免系統發生脫網問題，在實際安裝過程中需考慮系統穩定性等因素，建立多站點聯控的連接策略。這樣就可合理防范供電廠不穩定導致電網系統崩潰的現象，進而建立完善合理的繼電保護系統。

結束語

風電場想要運營良好，與規劃、設計以及運行和維護都是分不開的，首先要制定完善的實施方案，保證風電機組能夠穩定安全地運行，提高風電接入的穩定性、靈敏度以及安全性，才能做到防患于未然，減少安全事故的發生，同時也能減少資源的浪費。

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