大規模風電接入對繼電保護的影響及措施

譚志皓

摘??要：近年來，我國科學技術的不斷進步為風電裝機技術的發展創造了有利的條件。但是，受諸多因素的影響，在風電機組運行的過程中，出現了大規模風機脫網事故，嚴重影響了發電機組的正常運行，大大降低了我國風電事業的整體發展水平，對我國國民經濟的發展產生了不利的影響。結合大規模風電的優勢及其接線特點、繼電保護配置等，系統地研究了大規模風機脫網事故，分析了風電出力、故障地點等不確定性因素的特點和各元件所配繼電保護對發電機組的影響。同時，總結了應對故障的相關措施，大大提高了風電發電機組的穩定性和安全性。

關鍵詞：風電發電機組;繼電保護;風機脫網;風電建設

中圖分類號：TM614??????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.090

據不完全統計，目前，全國已安裝的風電機組近50?000臺，為我國風電事業的發展奠定了良好的基礎，加快了社會主義基礎建設的步伐。雖然我國風電裝機規模達到了世界第一，但是，在風電建設和運行過程中，缺乏對重大問題的認識，導致風電建設的整體質量和水平偏低，出現了許多大規模脫網事故，使風電投資效益大打折扣，嚴重制約了我國電力事業的健康發展。針對風電機組對配繼電保護的影響，提出了相關的應對措施，以保證風電機組的發電安全。

1??風電接入對繼電保護的影響

1.1??小電流系統故障選線難

多數35?kV集電系統為不接地系統，單相接地運行時間為1～2?h。這種接地方式需要借鑒配電系統的設計方案。通常情況下，其適用于接地電流較小的架空線路，如果將其應用于架空線路和電纜混合發電系統，這種接線方式顯然不合理。由于配置的小電流選線裝置選線正確率較低，工作人員很難及時發現單相接地隱患，導致故障擴大化。為了有效避免故障擴大化，可以通過電流行波等暫態信號進行故障選線，打破傳統的思想和方案，有效地降低小電流系統故障選線的難度，提高風電機組的運行穩定性。

1.2??風電機組短路

通常情況下，電壓較高的配置運行更加穩定。比如，330?kV及以上的主網繼電保護配置比較完善，事故切除率為100%，一旦主網發生短路事故，風電場并網點電壓會受到故障性質和故障點電氣距離的影響。當故障持續時間在0.1?s內時，會在1?s的延遲后重合。如圖1所示，風電場短路電流和第一次故障有所不同，具備LVRT能力的風電機組不一定能穿越第二次沖擊。那么，是否具備LVRT能力、風機出力大小、控制策略等與風電機組短路特性密切相關。

圖1??故障穿越示意圖

1.3??波動性能源并網

由于波動性能源并網，大量電力電子元件的運行方式發生了較大的變化，大大降低了機組和系統的靈敏性，為運行方式的新原理保護研究提出了更高的要求。風電并網后，受正負序不等、弱饋、控制系統調節等多方面的影響，使得原本的故障分類提取、疊加原理等分析方法不再適用于該系統中，需要進一步研究常規縱聯方向和距離等。

2??適應大規模風電接入的措施

為了確保大規模風電接入的適應性和安全性，應全面考慮電網規劃、設計、建設、運行和維護等階段的要求，遵循風電場集電系統接線方式和保護配置的原則，全面協調，配合風電機組保護和配繼電保護，將繼電保護作為大規模風電接入的第一道防線，并予以高度重視。

2.1??增加故障穿越持續時間

分析了電源特點和輸電網保護配置后發現，并網線路重合閘對風電機組的影響較大，而傳統的重合閘方案已經難以適應現代化風電事業的發展，需要重新研究出瞬時或永久故障的重合閘新原理。如果電場并網中的330?kV線路發生故障，假定所帶風電場具有LVRT功能，則不同故障及其故障電阻的故障電壓不同。當電壓小于20%的額定電壓時，風電機組的相關設備會全部跳閘。針對我國大規模風電并入超高壓電網的發展情況，通過多次零電壓的超越，且相鄰2次故障穿越持續時間應小于100?ms。考慮到系統運行的可靠性和持續的時間，可將其持續的時間增大至125?ms左右，對風機的考驗應小于20%的額定電壓的持續時間為625?ms。

2.2??采用集電系統接地方式

在風電場35?kV運行線路中，集電系統的中性點接地方式對風電場的安全運行有著重要的影響。風電場功率密度相對較低，且風電場的發電出力時間為額定功率的20%左右。比如，在酒泉大型風電場中，1條35?kV集電線路的有功潮流往往小于10?MW。這不僅不會對使用用戶造成影響，不會對電網的運行造成影響，還彌補了傳統配電系統中“切除線路、用戶停電”的不足。為了盡可能地避免故障被擴大，在新建的風電場中，可以采用集電系統接地方式，配備繼電保護裝置，并在適當的位置配置帶有跳閘能力的小電流接地選線裝置，以便在單相接地后可以及時切除故障，確保風電機組運行的穩定性和靈敏性。

2.3??配置完善的監控系統

風電場控制室往往配有完善的監控系統。風電場升壓站和變電站中配置的故障錄波裝置、相量測量裝置和質量監測系統等，可以記錄事故全過程的相關信息。根據風電場機組的廠家、型號、低電壓穿越功能投退狀態等，分析事故數據，整定、計

算和設計繼電保護裝置等，大幅提高風電接入系統后繼電保護運行的可靠性，進一步研究新型繼電保護原理，這對確保整個系統的安全運行具有重要的意義。

3??總結

要從全面規劃、設計、建設、運行和維護等方面考慮風電場的整體運營，制訂切實可行的實施方案，提高風電接入的靈敏性和可靠性。針對風電事故的特點，尤其是對繼電保護方面的出現問題，提出應對措施，全面協調，配合風電機組保護和配繼電保護的實際情況，確保風電機組的順利運行。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕

Large?Scale?Wind?Effects?on?Relay?Protection?and?Measures

Tan?Zhihao

Abstract：?In?recent?years，?created?favorable?conditions?for?the?continuous?progress?of?science?and?technology?in?China?for?the?development?of?wind?power?installed?technology.?However，?affected?by?many?factors，?in?the?process?of?wind?turbine?operation，?the?emergence?of?large-scale?wind?turbine?off?network?accident，?seriously?affected?the?normal?operation?of?the?generator，?greatly?reducing?China's?wind?power?industry?overall?level?of?development，?produced?a?negative?impact?on?the?development?of?China's?national?economy.?Combined?with?the?large-scale?wind?power?advantage?and?connection?characteristics，?relay?protection?configuration，?a?systematic?study?of?a?massive?fan?off?network?accident，?analyzed?the?characteristics?of?wind?power，?fault?location?uncertainties?and?each?element?with?relay?protection?effect?on?the?generation?unit.?At?the?same?time，?summed?up?the?relevant?measures?to?deal?with?the?fault，?greatly?improving?the?stability?and?security?of?the?wind?power?generator?set.

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