風(fēng)電接入對電網(wǎng)繼電保護的影響分析

謝立

摘要：現(xiàn)如今，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電越來越受到關(guān)注。風(fēng)電并網(wǎng)方式主要分為分布式接入和集中式接入，分別針對兩種接入方式，研究風(fēng)電接入后對電網(wǎng)繼電保護的影響。分布式接入時，風(fēng)電接入影響配電網(wǎng)電流保護的靈敏度、保護范圍，甚至造成保護誤動或拒動;集中式接入時，風(fēng)電弱電源特性可能造成風(fēng)場側(cè)繼電保護故障誤選相及距離保護拒動，并且風(fēng)電故障期間低電壓穿越控制策略使得風(fēng)電機組故障暫態(tài)特性完全不同于傳統(tǒng)同步機組，將直接影響各類保護的動作行為。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電接入;電網(wǎng)繼電保護;影響

風(fēng)力發(fā)電能夠在調(diào)整電源結(jié)構(gòu)的同時減少污染氣體的排放，并在之后有效地降低能源進口方面的壓力，并更好地提升我國能源供應(yīng)的安全性。但由于風(fēng)力發(fā)電成本較高，所以沒有辦法和火力發(fā)電一樣取得好的效果。風(fēng)力發(fā)電在我國電網(wǎng)中占據(jù)的比例將越來越高。但風(fēng)力發(fā)電本身的隨機性和不可控性給電網(wǎng)的運行和管理帶來了很大的影響。為了能夠更好地提高電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，有效地研究風(fēng)電接入對電網(wǎng)繼電保護的影響顯得尤為重要。

1故障特性及繼電保護

1.1故障特性

繼電保護是基于系統(tǒng)故障特征分析與設(shè)計得來。風(fēng)電機組與風(fēng)電場的故障分析是其中的重要環(huán)節(jié)，同步發(fā)電機電源與三項對稱系統(tǒng)是傳統(tǒng)意義上繼電保護的基礎(chǔ)內(nèi)容。傳統(tǒng)意義上的繼電保護系統(tǒng)存在一定的缺點，系統(tǒng)發(fā)生問題前后，同步發(fā)電機的運行數(shù)據(jù)與狀態(tài)并不會發(fā)生變化。而現(xiàn)階段使用的異步發(fā)電機由風(fēng)電機組組成，相較于傳統(tǒng)意義上的同步發(fā)電機，系統(tǒng)故障的出現(xiàn)是由于自身結(jié)構(gòu)引起。當系統(tǒng)中出現(xiàn)短路時，傳統(tǒng)的異步發(fā)電機短時間內(nèi)會出現(xiàn)大電流，然后迅速衰減為零，該過程持續(xù)時間較短，并不能為系統(tǒng)提供短路電流。雙饋式發(fā)電機相較于傳統(tǒng)的異步發(fā)電機，可為短路系統(tǒng)提供短路電流，同時其電流衰減時間較長。

1.2繼電保護

（1）勵磁結(jié)構(gòu)的缺失。現(xiàn)階段，大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電廠常用的機型為鼠籠型異步電機，該電機無勵磁結(jié)構(gòu)，當系統(tǒng)出現(xiàn)短路時，電流衰減較快，無法為短路系統(tǒng)提供短路電流。（2）選項裝置電流小動作率較低。不接地系統(tǒng)不易保障系統(tǒng)安全，當系統(tǒng)出現(xiàn)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，導(dǎo)致風(fēng)電場系統(tǒng)故障難以排除。（3）波動性并網(wǎng)靈敏度較低。由于受到控制系統(tǒng)等多種因素的影響，風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并網(wǎng)后，難以滿足電力系統(tǒng)中對靈敏度的要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中選項單元與距離受到影響，進而產(chǎn)生繼電保護問題。當系統(tǒng)接入風(fēng)電后，升壓變壓器由于接地產(chǎn)生變化，進而使零序網(wǎng)絡(luò)隨之變化，最終降低零序網(wǎng)絡(luò)的靈敏度。（4）當風(fēng)電場并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線斷開后，其中的自動重合閘難以閉合。現(xiàn)階段，我國普遍使用的檢同期方式對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，網(wǎng)絡(luò)線斷開，很大程度上會影響風(fēng)機的轉(zhuǎn)動，進而影響檢同期的成功率，使得重合閘無法閉合，進而產(chǎn)生風(fēng)機脫網(wǎng)的故障。（5）劇動常態(tài)化。由于設(shè)備缺少弱饋保護，進而很大程度上減弱了并聯(lián)網(wǎng)點聯(lián)絡(luò)線的保護性，使系統(tǒng)出現(xiàn)部分劇動。

2風(fēng)力發(fā)電對繼電保護影響

2.1部分電路故障存在選線影響

在電路機組正常工作的情況下，大部分的35kV集電系統(tǒng)采用的系統(tǒng)都是不接地系統(tǒng)，在單向接地時，一般是一至二個小時，在風(fēng)電工程中，這種接地方式都應(yīng)借鑒配點系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)計方案，以達到正常運行的目的，但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，而其它的線路，對這種接地方式的使用十分少見，如果將這種系統(tǒng)強行安置到不適用的電纜和架空線路的混合系統(tǒng)中，可能短時間內(nèi)降低成本，但此時也會因為系統(tǒng)不匹配而存在安全隱患。小電流系統(tǒng)的選線條件比較苛刻，導(dǎo)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(fā)現(xiàn)，致使故障覆蓋面廣，造成更大的損失，所以小電流的體統(tǒng)故障選線難。

2.2風(fēng)電接入容量對配電網(wǎng)保護的影響

針對那些已連接有風(fēng)電的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的線路來說，假設(shè)這個風(fēng)電容量的占比在這個系統(tǒng)中的數(shù)額比例小，那么這個繼電保護系統(tǒng)的保護程度不會受到很大的影響。現(xiàn)在很多的研究也是將這個較小容量的影響情況忽略。然而，當風(fēng)電接入到電網(wǎng)容量的數(shù)量是多重或量大的情況，那么此時的電路系統(tǒng)則不能忽略會產(chǎn)生的故障電流。當故障出現(xiàn)，不一樣位置的保護點能夠感覺到風(fēng)電接入所帶來的不一樣的短路電流，并確認其輸出的容量不斷改變。因此，有需要探討不一樣容量的風(fēng)電接入對整體保護的影響。通過保護1的短路電流依舊是依靠系統(tǒng)電源衡量的，與后面風(fēng)電的接入并無聯(lián)系，而此時通過保護2的短路電流依靠此時的風(fēng)電接入來衡量產(chǎn)生，而且這中間是隨著它的容量的增加進一步增大，當這個限定的容量增大至一定的值域后便能夠讓保護2出現(xiàn)誤動。

3應(yīng)對措施

3.1加強重合閘管理

重合閘的使用會對繼電保護的功能產(chǎn)生重要影響，同時也會對風(fēng)電接入產(chǎn)生影響。當重合閘出現(xiàn)故障時，會極大地影響風(fēng)電接入保護效率，因此對重合閘故障的及時處理十分重要。當風(fēng)電場無法準確定位繼電保護裝置故障時，即使系統(tǒng)的實際電壓值較小，系統(tǒng)也會因電壓參數(shù)異常導(dǎo)致重合閘跳閘，但仍保持LVRT功能不變。系統(tǒng)可通過使用多次零電壓穿越，使系統(tǒng)穿越時間低于100ms/次，結(jié)合系統(tǒng)運行的狀況，穿越時間也可設(shè)置為125ms/次。

3.2延長故障穿越時間

從有經(jīng)驗的人士探討得出的結(jié)果來看，根據(jù)電源的某些特點和輸電保護裝置發(fā)現(xiàn)，對于風(fēng)電組來說，并網(wǎng)線路的重合閘的作用還是很大。然而傳統(tǒng)的一些重合方案已然很難再適應(yīng)現(xiàn)代的風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，這樣傳統(tǒng)的重合方案必將被淘汰，那么就需要對永久故障的重合閘原理進行重新研究。例如：電場并網(wǎng)中使用的330kV線路發(fā)生故障，要是帶電場具有LVRT這樣的功能，那出現(xiàn)不一樣的故障電壓就會有差異。一般來說，如果電壓小于20%的額定電壓時，風(fēng)電機組的有關(guān)裝置就會檢測到，然后相關(guān)設(shè)備會全部跳閘，這種裝置配備相比之下更具安全性。對于我國目前這些大規(guī)模的電網(wǎng)發(fā)展情況來看，因為多次被零電壓超越，而且相間的故障穿越持續(xù)時間會比一百ms更小。如此看來，在電網(wǎng)系統(tǒng)運行的過程中，可以根據(jù)這個情況加長時間，這樣對風(fēng)機的考驗也會比額定電壓持續(xù)的時間短，這樣一來就增加了故障穿越的持續(xù)時間，使風(fēng)電接入更加可靠。

4結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷繁榮發(fā)展，人們環(huán)保意識逐漸增強，而風(fēng)力發(fā)電可在一定程度上滿足社會對清潔能源的需求。但由于風(fēng)力發(fā)電過程中，受到較多不定因素的影響，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仍需不斷改善，以滿足社會對風(fēng)電系統(tǒng)故障控制的要求。

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（作者單位：龍源陜西風(fēng)力發(fā)電有限公司）