大規模風電接入對繼電保護的影響與對策分析

國網哈密供電公司 魏文倩 陳 浩 羅 潔 馮騰輝 王密娜

1 引言

1.1 存在的問題及解決問題思路

從電力系統來看，繼電保護能夠對電網、運行時的高效性與安全性產生重要影響，依賴于繼電保護功能，可以用更快的速度對系統線路中的故障點進行確定，從而及時隔離故障點，避免它破壞電網的穩定性。在智能電網的建設階段，電力公司不僅重視對自身整體效益的提升，還全面執行了可持續發展戰略，一步步把大規模風電連接到電力系統中，在很大程度上影響到了繼電保護裝置。所以，怎么解決各類影響因素，讓繼電保護裝置可以將其保護作用完全發揮出來，保證電力系統的穩定運行，這是當前迫切需要處理的難題。

參考一些價值較高的書籍，然后再結合中國知網來對現有的研究成果進行分析。主要可以參考以下這些數據庫：中國優秀碩士學位論文全文數據庫、中國期刊全文數據庫和中國重要會議論文全文數據庫。

1.2 亮點

由于中國的經濟與科技水平獲得了一定提升，使得人民的生活質量也顯著改善，在電力上也表現出了更大的需求，從而逐漸暴露出了中國電能資源匱乏的問題。為了脫離這種困境，我國引入了風力發電的方式。但問題是風電的大規模接入又會嚴重影響到繼電保護，所以，我們在下文中將主要討論風電的大規模接入給繼電保護帶來的影響。

2 風電場和風電組的故障特征

當前出現的風電場與風電機組故障通常都具備以下特點：對短路電流衰減的分析；波形研究；計算電流。如今，風電機組的發電機都相對有新意，屬于異步感應電機，它的轉動時間與轉動慣量更短，在故障特點上也有別于傳統發電機，不存在勵磁裝置。對于永磁直驅機組來說，盡管它也屬于傳統的同步發電機，可是它的故障特性卻跟逆變器之間密切相關。因為電力電子的特點，使它保護的復雜性增加，這樣一來，電磁暫態也變得越來越復雜，導致繼電保護的實施有很大難度。按照電力系統的繼電保護來看，為它提供主要支撐的就是三相對稱系統與發電機電源。得出的電流衰減特性與實際電流幅值均是建立在出現了相關故障的前提下，而且普遍具有相對固定的參數。結合這些條件雖然能完成繼電保護，但最后得出來的值會偏離實際值，缺乏一定的精確性。從而并無法控制事故出現的頻率。

3 大規模風電接入對繼電保護所產生的影響

第一，繼電保護裝置的靈敏度變差。把大型的風電連接到繼電保護裝置之后，與之對應的升壓變壓器必須先解決好接地問題。從這個過程來看，也許會干擾零序網絡，導致設備的整體靈敏度明顯變差。如果沒有準備單獨的弱電源裝置，再加上風電場本身是不能將持續電流輸送到故障點的，所以，此時的連接線就不能對系統進行充分保護，更不能迅速隔離故障，從而在很大程度上減少了網絡運行的安全性。

第二，不一樣的保險期限增加了斷線的風險。現階段而言，在電力系統中，為了保證電力供應的穩定性，一般會把風力電源連接到并網點。通過這種校驗與同步方式，一旦連接線被觸發，那么此時的風能力會迅速進行動態轉變，如果檢同期無法發揮作用，那么連接線就不能進行有效閉合，從而造成風電脫網問題。

第三，保護范圍縮小。在運用異步發電機之后，可能會直接干擾并聯網絡線路的保護動作，此時，改變阻抗特性也將為阻抗平面的軌跡造成不好的影響，削弱了保護動作的效果，并使繼電保護裝置不能充分發揮其作用，這就顯著減少了電網在運行期間的可靠性。

4 大規模風電接入對繼電保護的完善

接入大規模風電肯定會對繼電保護產生一定的影響。針對這種接入造成的問題，必須及時使用合理的措施進行處理，以確保它在運行過程中的穩定性。主要從以下幾方面著手。

4.1 了解各種影響因素綜合設計

以前的風電系統并不符合大規模風電接入的需求。為了實現電網的平穩運行，相關從業者需認真思考這個方面的各種問題，結合電網的現實狀況展開深入剖析，并創建合適的設計方案，使風電的大規模接入能夠給繼電保護帶來良性影響。總之，和風電接入相關的所有環節均必須深思熟慮，而且所有環節要安排專人負責管理，以全面監管所有階段，例如電力傳輸方式的選擇與保護措施的監管。與此同時，還有必要對可能發生的情況展開預測與分析，提前將方案創建好，以免在出現事故時措手不及，最終對正常的電力輸出產生影響。

4.2 明確故障

關于電力系統的繼電保護裝置，它需要保護的關鍵對象一般是短路電流的衰減特性和它的一個最大值。當我們分析繼電保護造成的影響時，基本上是結合它的配置和交互來完成。所以，這其實跟繼電保護原理并不相關。真正能影響繼電保護性能的根本原因來自故障波形特性，必須使用適當的濾波計算才能完成，以細化繼電保護的特性，這對于處理大規模風電造成的影響有很大幫助。

必須確定風電接入的故障問題，找出故障的具體原因并創建科學的方案，提前做好相關準備，逐一列舉出所有可能發生的問題，而且最好準備幾套方案，有備無患。舉例來說，跳閘這種故障肯定是不可避免的，應當按照故障穿越需求進行處理。現在用得最多的辦法就是把握好時間，讓一個帶時序條件的零電壓多次通過，盡量把執行時間控制在100到125毫秒之間。如此將有利于降低風電大規模接入所造成的干擾。

4.3 保護聯跳措施

為了解決跳閘的問題，建議使用聯跳措施。在啟動風電機之前，有必要把保護聯跳裝置安裝于風電機的兩端，然后再連接短路電流與繼電保護，這樣的話，一旦發生事故，該裝置將自行隔斷電流，達到保護電路的最終目的。

在把大型風電連接到繼電保護中時，必須確保繼電保護的執行和配置與對應的電網保護之間具有緊密的結合。如今，在電力公司的工作流程中，一般是安排不同的部門來負責風電和風電的接入工作，所以，為了在管理內容上進行高效合作，必須先加強有關部門之間的互動，具體的工作中最好是能實現信息的共享，利用協調的運行方式，讓繼電保護可以完全發揮其保護作用，防止出現意外拖網事故，進一步保證電網在運行期間的安全性與可靠性。此外，還應該盡早創建繼電保護體系，用于指導所有的緊急控制工作，從而保證每個部門都可以在高效的配合下實現管理效率和質量的提升。

4.4 電場集群線路的開發

如果風電機出現了短路的情況，那么此時是沒有辦法對短路電流進行供應的，很容易造成相關事故的出現。必須開發電廠集群線路才能夠處理該難題，因為它能夠給短路供應一定電流，不會讓系統受到太大的影響，從而確保電力系統是足夠穩定的。

4.5 繼電保護與風電場操作系統的配合

風電場的操作系統需要與繼電保護之間具有相互作用的效果。而且風電場的網絡保護還必須完全匹配風電場的操作系統，這將有利于防止出現離網故障。事實上，繼電保護和風電場運行系統并不屬于同一個單元，可是它們在運行過程中卻必須相互作用，唯有如此，才能將電力繼電保護系統給創建起來。

綜上，從現在的發展趨勢來看，中國的風力發電產業還是非常發達的，電力公司也已經成功建設了智能電網。不過，從風力發電的運行過程進行分析，當前其實有辦法去處理以上提到的種種問題，不過在實際運行中仍然遇到了很多阻礙，所以，這就要求中國應該繼續進行有關風力發電的研究，努力實現創新與改革，從而達到更高的水平，大力推動中國的經濟發展與社會進步。或者也能夠適當的參考國外現有的一些電力應用技術。