新能源規(guī)模化接入的電網(wǎng)繼電保護(hù)關(guān)鍵問(wèn)題研究

郝興宏

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源緊缺、生態(tài)環(huán)境污染等情況越來(lái)越突出，新能源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，包括：太熱能、風(fēng)能等，被廣泛的進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，以此優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，建立新型的城市化建設(shè)。新能源規(guī)模化接入電網(wǎng)，因其具備的復(fù)雜性和特殊的運(yùn)行模式，對(duì)傳統(tǒng)點(diǎn)位的故極端和繼電保護(hù)帶來(lái)了一定的問(wèn)題，影響到了電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。基于此，需要加強(qiáng)對(duì)能源電源的安全接入以及有效使用，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)新能源規(guī)模化接入的電網(wǎng)繼電保護(hù)中存在的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：新能源;規(guī)模化接入;電網(wǎng);繼電保護(hù)

1前言

全球能源緊張和環(huán)境污染，加快了新能源的開(kāi)發(fā)和利用。將新能源大規(guī)模的接入到電網(wǎng)中，由于其存在的復(fù)雜性和特殊的運(yùn)行模式，使得繼電保護(hù)存在較大的問(wèn)題，這就需要通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行解決。在我國(guó)，利用新能源發(fā)電，獲得了一定的成績(jī)，新能源發(fā)電裝機(jī)的比例保持平穩(wěn)的上升。但是新能源大規(guī)模接入到電網(wǎng)中也常出現(xiàn)了較大的問(wèn)題，繼電保護(hù)不足等，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的首要防線，是電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，因新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)后，出現(xiàn)的故障特征，影響到了繼電保護(hù)的功能，因此，需要對(duì)此關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行有效的處理。

新能源電源具有多種形式，以并網(wǎng)方式作為依據(jù)，可以劃分為：雙饋型電源、逆變型電源。以雙饋型風(fēng)電機(jī)組和直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)集中接入作為例子，對(duì)新能源大規(guī)模接入到電網(wǎng)后面，對(duì)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行全方位評(píng)估，提出關(guān)鍵問(wèn)題及改進(jìn)方案。

2風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

以雙饋型風(fēng)電機(jī)組和直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組混合接入作為分析的出發(fā)點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的繼電保護(hù)性能評(píng)估。風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)接線，如圖1所示：

根據(jù)圖1所示：風(fēng)電機(jī)組出口電壓：0.6KV，利用箱式變壓器，連接35KV電線，通過(guò)主變壓器，將其升至110KV，和外部電網(wǎng)的連接則是利用高壓聯(lián)絡(luò)線。不同了類型風(fēng)電機(jī)組，可以在相同的集電線進(jìn)行接入，母線低壓側(cè)連接很多條集電線。為了保證風(fēng)電場(chǎng)及電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對(duì)各元件的保護(hù)性開(kāi)展合理性分析和評(píng)估。

3聯(lián)絡(luò)線距離保護(hù)分析

風(fēng)電場(chǎng)向電網(wǎng)進(jìn)行輸送中，需要以聯(lián)絡(luò)線作為通道，影響因素較大的市風(fēng)電場(chǎng)短路電流特性。風(fēng)電機(jī)組復(fù)雜故障電流特性及多變運(yùn)行模式，影響到傳統(tǒng)距離保護(hù)性，導(dǎo)致出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)。以提高保護(hù)性能作為目標(biāo)，實(shí)施的改進(jìn)措施包括：

3.2.1 新能源電源接入對(duì)距離保護(hù)阻抗測(cè)量元件影響

以風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)配置為依據(jù)，聯(lián)絡(luò)線配置的保護(hù)方式為：三段式。基于聯(lián)絡(luò)組測(cè)量元件性能和風(fēng)電機(jī)組的類型、運(yùn)行方式等因素，需要對(duì)差異性風(fēng)電機(jī)組故障電流對(duì)阻抗測(cè)量元件性能影響開(kāi)展分析和評(píng)估。對(duì)圖1中的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施等值處理，對(duì)雙饋型電源對(duì)距離測(cè)量元件影響性能進(jìn)行評(píng)估，以出現(xiàn)最不好現(xiàn)象進(jìn)行考慮，把直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組退出運(yùn)行。對(duì)直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組對(duì)距離測(cè)量元件影響性能進(jìn)行評(píng)估，以出現(xiàn)最不好現(xiàn)象進(jìn)行考慮，把雙饋型電源退出運(yùn)行。通過(guò)建立風(fēng)電場(chǎng)集中接入電力系統(tǒng)的等值模型，（如圖2所示），在同等條件下，風(fēng)電場(chǎng)中，以單臺(tái)雙饋型電源替各雙饋型電源，以單臺(tái)直驅(qū)電機(jī)組替代各直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組。

假設(shè)聯(lián)絡(luò)線L3線路上出現(xiàn)了相間短路故障，故障電距保護(hù)安裝位置的短路阻抗，以ZK表示，其公式為：

其中，表示的市相間，={ab，bc，ca}。基于此，測(cè)量阻抗可以明確的反映出故障點(diǎn)到保護(hù)安裝位置的短路阻抗，保護(hù)可以正確的動(dòng)作。

3.2.2 新能源電源接入對(duì)選相元件的影響

配置有故障的相元件在距離保護(hù)中，根據(jù)選相的結(jié)果，對(duì)阻抗測(cè)量元件進(jìn)行合適的采用，以此確保準(zhǔn)確的阻抗測(cè)量結(jié)果。大容量風(fēng)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線，相元件性能直接影響著自動(dòng)重合閘裝置。建立含有雙饋風(fēng)電場(chǎng)接入220KV電網(wǎng)模型，評(píng)估各選相元件的性能。含有雙饋風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示：

雙饋型電源，因?yàn)槠洳惶峁┴?fù)序電流，因此，在負(fù)序等值電路中，此電源相當(dāng)開(kāi)路。如果聯(lián)絡(luò)線出現(xiàn)故障的時(shí)候，雙饋型電源所提供的供電n側(cè)保護(hù)安裝位置的負(fù)序電壓和故障點(diǎn)的電壓類似。保護(hù)安裝位置的零序電壓相位和故障點(diǎn)零序電壓相位大概相同，由此可以看出，電壓穩(wěn)態(tài)量選相元件的區(qū)分模式具有一定的效果。通過(guò)電壓穩(wěn)態(tài)量選相元件能夠明確的將故障相選擇出來(lái)。

4集電線電流保護(hù)分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，合理配置集電線保護(hù)。但是對(duì)于集電線電流保護(hù)的整定計(jì)算，還沒(méi)有形成統(tǒng)一性的規(guī)范。風(fēng)電機(jī)組存在多變運(yùn)行模式以及饋出短路電流特性的復(fù)雜性，影響到了方向元件的動(dòng)作性能，基于此，需要對(duì)其的適用性開(kāi)展有效評(píng)估。

電流保護(hù)I段整定值的公式為：

電流保護(hù)I段按保本線末端短路存在較高的靈敏度整定，保護(hù)的范圍可以增加到箱式變壓器壓側(cè)，對(duì)保護(hù)動(dòng)作的速度形成影響，合理性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

電流保護(hù)II段整定值的公式為：

電流保護(hù)II段定值按照躲箱式變壓器壓側(cè)最大短路電流整定，造成了對(duì)箱式邊的遠(yuǎn)后備，缺乏足夠的靈敏度，具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，易發(fā)生安全事故。

選擇本集電線風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行方式、其它集電線風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行方式、外部系統(tǒng)運(yùn)行方式，對(duì)短路電流Imax的影響進(jìn)行分析，以此為運(yùn)行方式的合理性選擇提供根據(jù)。

風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)利用方向元件，通常為：傳統(tǒng)九十度接線方式的功率方向元件，利用對(duì)比測(cè)量電壓以及電流的相位，對(duì)故障的方向進(jìn)行判斷。基于風(fēng)電機(jī)組多變運(yùn)行模式及饋出短路電流特性的復(fù)雜性，對(duì)方向元件動(dòng)作性能存在不良影響，需對(duì)此開(kāi)展有效的評(píng)估。

5差動(dòng)保護(hù)分析

電流差動(dòng)保護(hù)具有比較好的靈敏度，運(yùn)行受影響因素?zé)蚨粡V泛的應(yīng)用到了高壓線路保護(hù)中，在具體的項(xiàng)目中，利用電流差動(dòng)保護(hù)作為風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線路的主要保護(hù)，通常還會(huì)配置分相電流差動(dòng)保護(hù)以及零序電流差動(dòng)保護(hù)。新能源電場(chǎng)接入對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響，主要考慮到慮撬棒保護(hù)動(dòng)作的故障電流特性、計(jì)及勵(lì)磁調(diào)節(jié)特性影響的故障電流特性。

差動(dòng)保護(hù)被用于變壓器的主保護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)在于：動(dòng)作的速度塊、選擇性好等，對(duì)比于線路電路差動(dòng)保護(hù)，變壓器的差動(dòng)保護(hù)，通常會(huì)配置諧波制動(dòng)的功能，主要是為了避免出現(xiàn)勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)。故障電流特征對(duì)差流波含量出現(xiàn)變動(dòng)具有一定的影響，不利于變壓器保護(hù)的整體性能。

6結(jié)束語(yǔ)

新能源電源規(guī)模化接入電網(wǎng)后，對(duì)傳統(tǒng)繼電保護(hù)形成了影響，出現(xiàn)不利的情況，進(jìn)而造成出現(xiàn)電流保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)及拒動(dòng)失效，基于此，則需要加強(qiáng)對(duì)新能源規(guī)模化接入電網(wǎng)繼電保護(hù)關(guān)鍵問(wèn)題的分析和評(píng)估，并提出改進(jìn)的措施，進(jìn)而保證電網(wǎng)安全運(yùn)行以及可靠供電。

參考文獻(xiàn)：

[1]王璨，侯強(qiáng)，單瑩.基于新能源接入的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估[J].自動(dòng)化與儀表，2021，36（11）：6-10.

[2]李其軍.大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)的思考[J].中國(guó)電力企業(yè)管理，2021（27）：42-43.

[3]晏開(kāi)志.探討新能源接入對(duì)智能配電網(wǎng)的影響及建議[J].電子元器件與信息技術(shù)，2021，5（05）：72-74.

[4]高振亞.電網(wǎng)規(guī)劃中的新能源接入影響分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2021，11（02）：69-70.

[5]趙煒.新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響及對(duì)策[J].河北電力技術(shù)，2018，37（05）：25-27.

[6]宋兵.新能源接入對(duì)繼電保護(hù)及安自裝置的影響淺析[J].電子測(cè)試，2017（20）：116+115.

[7]葛紅玲.新能源接入對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)選擇的影響[J].科技展望，2015，25（13）：107.