風電接入對繼電保護的影響

尚敏帥　王剛

【摘要】 不同類型風力發電機組，其特征也會有很大的區別。雙饋式及感應式風力發電機組均屬于變速恒頻發電系統，有可能會使風電接入點在上游的時候縮短了過流保護范圍，接入點下游的過流保護誤動；永磁直驅式風力發電機則屬于變速恒頻發電系統，受控制器限流作用的影響，故障時風機提供的短路電流比較小，對過流保護影響很小，幾乎可以忽略不計。通過改變故障點位置、風電接入位置、風電接入容量及線路長度，可看出風電分流或助增電流作用對短路電流保護的影響。

【關鍵詞】 繼電保護 分散式接入 影響

一、前言

目前風電分散式接入配電網后電流保護正確工作存在的問題隨著風力發電技術的不斷發展而備受關注。系統發生故障的時候系統電源及風電電源要實現同時向故障點提供短路電流，可以通過風電接入的方法使配電網原有的供電結構發生改變。風電接入容量、風機種類、故障點位置及風電接入位置等是風電接入對電流的保護起影響作用的主要因素。

二、風力發電機組故障的特征分析

風力發電機依據其控制技術及運行特征可分為變速恒頻及恒速恒頻。變速恒頻代表永磁直驅式風力發電機及雙饋式風力發電機，恒速變頻代表鼠籠式感應風力發電機。如果風電故障點和接入點的位置在保持不變的情況下，出故障時會因為接入的風電機組類型不同而使得流過同一保護的短路電流也不同，這也意味著很有必要對不同類型風電機組的故障特性進行研究。

2.1 永磁直驅式風電機組故障特征分析

永磁直驅風電組是變速恒頻發電系統，不需要外部提供勵磁電源，因為它的轉子是永磁體。故障時風機所提供的短路電流會增加，但是增加的幅度很小，一般不能超過正常狀態下電流的1.5倍，主要是受控制器限流作用的影響[1]。因此，永磁直驅式風電組接入配電網時對電流保護并沒有多大的影響。

2.2 雙饋式風電機組故障特征分析

雙饋式風電機組是一種繞線式的感應發電機，它的定子直接和電網連接，而轉子通過背靠背的整流橋和電網相接，可以從系統吸收或者饋出交流功率。雙饋式風電機組在正常狀態下，它的轉速變化幅度比較大，屬于變速恒頻發電系統。

三相短路故障瞬間會使短路電流會迅速增大，在故障后幾個周期內也會迅速衰減，但是對限時電流速斷保護沒有多大的影響。不對稱短路故障瞬間會有助增電流，電流速斷保護可能不確定動作；非故障相電流大過正常狀態下的，而且會相對穩定，也會影響限時電流速斷保護。

三、風電接入位置對電流保護影響分析

由限時電流速斷保護、電流速斷保護及過電流保護組成方案在配電網中是比較常用的。根據不同種類風力發電機組故障特征的分析可以知道，風機提供的短路電流會迅速減弱。通過比較風電接入位置在故障點上游和下游可以得出結論：風電接入位置不一樣的時候，其誤動及拒動范圍與可靠系數、線路長短、風機接入容量有關。當風電介入位置在故障點上游的時候，由于風電助增電流作用，可能會導致故障點所在線路的相鄰線路電流保護I段超越；當風電接入位置在故障點下游時，風電分流作用可能會導致故障點所在線路電流保護II段拒動。

四、風電接入點短路容量比對電流保護影響分析

風電接入點短路容量會對配電線路電流速斷保護帶來I段超越以及II段拒動問題。風電接入的容量越大，其風電電源分流或者助增能力就會越明顯，當風電的接入容量達到一定的數值時，保護也會相應發生拒動或者誤動。

五、對策

為了保證電網的安全運作，應該從設計、規劃、運行及維護等階段性工作進行比較系統的考慮，比如電網保護與風電機組保護的調節配合，風電場集電系統的接線方式等，并網風電場及電網的運行可靠性是多方面的問題[3]。雖然繼電保護并不能把這些問題全部解決，但是繼電保護是第一道防線，應該受到高度重視，尤其是風電分散式接入配電網后的電流保護工作。

六、結論

雙饋式及感應式風電組在接入配電網時：當風電接入位置在故障點上游的時候，風電接入容量的增大可能會導致故障點所在線路的相鄰線路電流速斷保護I段超越；當風電接入位置在故障點下游的時候，可能會導致故障點所在線路電流保護的II段拒動。為了防止配電網電流保護的不確定工作，限制風電接入點最大短路容量比應該保持在10%以下。

參 考 文 獻

[1] 張保會，王進，李光輝，郝治國，劉志遠，薄志謙. 具有低電壓穿越能力的風電接入電力系統繼電保護的配合[J]. 電力自動化設備，2012，11（03）：124-125

[2] 郭家虎，張魯華，蔡旭. 雙饋風力發電系統在電網三相短路故障下的響應與保護[J]. 電力系統保護與控制，2010，16（06）：89-101

[3] 隆賢林. 低電壓穿越對風電場線路保護整定的影響[J]. 內蒙古電力技術，2011，9（02）：46-47