新能源規(guī)模化接入的電網(wǎng)繼電保護關鍵問題研究

郝興宏

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源緊缺、生態(tài)環(huán)境污染等情況越來越突出，新能源的開發(fā)已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢，包括：太熱能、風能等，被廣泛的進行開發(fā)和應用，以此優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)，建立新型的城市化建設。新能源規(guī)模化接入電網(wǎng)，因其具備的復雜性和特殊的運行模式，對傳統(tǒng)點位的故極端和繼電保護帶來了一定的問題，影響到了電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行。基于此，需要加強對能源電源的安全接入以及有效使用，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。本文對新能源規(guī)模化接入的電網(wǎng)繼電保護中存在的關鍵問題進行了探討。

關鍵詞：新能源;規(guī)模化接入;電網(wǎng);繼電保護

1前言

全球能源緊張和環(huán)境污染，加快了新能源的開發(fā)和利用。將新能源大規(guī)模的接入到電網(wǎng)中，由于其存在的復雜性和特殊的運行模式，使得繼電保護存在較大的問題，這就需要通過關鍵技術(shù)進行解決。在我國，利用新能源發(fā)電，獲得了一定的成績，新能源發(fā)電裝機的比例保持平穩(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)了較大的問題，繼電保護不足等，進而導致出現(xiàn)安全事故。繼電保護是電力系統(tǒng)的首要防線，是電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行的基礎條件，因新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)后，出現(xiàn)的故障特征，影響到了繼電保護的功能，因此，需要對此關鍵問題進行有效的處理。

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。以雙饋型風電機組和直驅(qū)式風電機組的風電場集中接入作為例子，對新能源大規(guī)模接入到電網(wǎng)后面，對繼電保護的影響進行全方位評估，提出關鍵問題及改進方案。

2風電場集中接入電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

以雙饋型風電機組和直驅(qū)式風電機組混合接入作為分析的出發(fā)點，對傳統(tǒng)的繼電保護性能評估。風電場集中接入電網(wǎng)接線，如圖1所示：

根據(jù)圖1所示：風電機組出口電壓：0.6KV，利用箱式變壓器，連接35KV電線，通過主變壓器，將其升至110KV，和外部電網(wǎng)的連接則是利用高壓聯(lián)絡線。不同了類型風電機組，可以在相同的集電線進行接入，母線低壓側(cè)連接很多條集電線。為了保證風電場及電網(wǎng)的安全運行，對各元件的保護性開展合理性分析和評估。

3聯(lián)絡線距離保護分析

風電場向電網(wǎng)進行輸送中，需要以聯(lián)絡線作為通道，影響因素較大的市風電場短路電流特性。風電機組復雜故障電流特性及多變運行模式，影響到傳統(tǒng)距離保護性，導致出現(xiàn)保護誤動或者拒動。以提高保護性能作為目標，實施的改進措施包括：

3.2.1 新能源電源接入對距離保護阻抗測量元件影響

以風電場現(xiàn)場保護配置為依據(jù)，聯(lián)絡線配置的保護方式為：三段式。基于聯(lián)絡組測量元件性能和風電機組的類型、運行方式等因素，需要對差異性風電機組故障電流對阻抗測量元件性能影響開展分析和評估。對圖1中的風電場實施等值處理，對雙饋型電源對距離測量元件影響性能進行評估，以出現(xiàn)最不好現(xiàn)象進行考慮，把直驅(qū)風電機組退出運行。對直驅(qū)風電機組對距離測量元件影響性能進行評估，以出現(xiàn)最不好現(xiàn)象進行考慮，把雙饋型電源退出運行。通過建立風電場集中接入電力系統(tǒng)的等值模型，（如圖2所示），在同等條件下，風電場中，以單臺雙饋型電源替各雙饋型電源，以單臺直驅(qū)電機組替代各直驅(qū)風電機組。

假設聯(lián)絡線L3線路上出現(xiàn)了相間短路故障，故障電距保護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，測量阻抗可以明確的反映出故障點到保護安裝位置的短路阻抗，保護可以正確的動作。

3.2.2 新能源電源接入對選相元件的影響

配置有故障的相元件在距離保護中，根據(jù)選相的結(jié)果，對阻抗測量元件進行合適的采用，以此確保準確的阻抗測量結(jié)果。大容量風場聯(lián)絡線，相元件性能直接影響著自動重合閘裝置。建立含有雙饋風電場接入220KV電網(wǎng)模型，評估各選相元件的性能。含有雙饋風電場的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示：

雙饋型電源，因為其不提供負序電流，因此，在負序等值電路中，此電源相當開路。如果聯(lián)絡線出現(xiàn)故障的時候，雙饋型電源所提供的供電n側(cè)保護安裝位置的負序電壓和故障點的電壓類似。保護安裝位置的零序電壓相位和故障點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。通過電壓穩(wěn)態(tài)量選相元件能夠明確的將故障相選擇出來。

4集電線電流保護分析

根據(jù)相關規(guī)定，合理配置集電線保護。但是對于集電線電流保護的整定計算，還沒有形成統(tǒng)一性的規(guī)范。風電機組存在多變運行模式以及饋出短路電流特性的復雜性，影響到了方向元件的動作性能，基于此，需要對其的適用性開展有效評估。

電流保護I段整定值的公式為：

電流保護I段按保本線末端短路存在較高的靈敏度整定，保護的范圍可以增加到箱式變壓器壓側(cè)，對保護動作的速度形成影響，合理性還需要進一步驗證。

電流保護II段整定值的公式為：

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

選擇本集電線風電機組運行方式、其它集電線風電機組運行方式、外部系統(tǒng)運行方式，對短路電流Imax的影響進行分析，以此為運行方式的合理性選擇提供根據(jù)。

風電場現(xiàn)場利用方向元件，通常為：傳統(tǒng)九十度接線方式的功率方向元件，利用對比測量電壓以及電流的相位，對故障的方向進行判斷。基于風電機組多變運行模式及饋出短路電流特性的復雜性，對方向元件動作性能存在不良影響，需對此開展有效的評估。

5差動保護分析

電流差動保護具有比較好的靈敏度，運行受影響因素燒，因而被廣泛的應用到了高壓線路保護中，在具體的項目中，利用電流差動保護作為風電場聯(lián)絡線路的主要保護，通常還會配置分相電流差動保護以及零序電流差動保護。新能源電場接入對差動保護的影響，主要考慮到慮撬棒保護動作的故障電流特性、計及勵磁調(diào)節(jié)特性影響的故障電流特性。

差動保護被用于變壓器的主保護，其優(yōu)點在于：動作的速度塊、選擇性好等，對比于線路電路差動保護，變壓器的差動保護，通常會配置諧波制動的功能，主要是為了避免出現(xiàn)勵磁涌流導致的保護誤動。故障電流特征對差流波含量出現(xiàn)變動具有一定的影響，不利于變壓器保護的整體性能。

6結(jié)束語

新能源電源規(guī)模化接入電網(wǎng)后，對傳統(tǒng)繼電保護形成了影響，出現(xiàn)不利的情況，進而造成出現(xiàn)電流保護出現(xiàn)誤動及拒動失效，基于此，則需要加強對新能源規(guī)模化接入電網(wǎng)繼電保護關鍵問題的分析和評估，并提出改進的措施，進而保證電網(wǎng)安全運行以及可靠供電。

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