解析風電場對電網繼電保護的影響

夏業波

摘 要：隨著風電場機組容量的逐年加大，大規模的風電接入對電力系統的電能質量產生了極大的影響，由于風能具有不可控制性和隨機性，當風能增大時向系統提供的短路電流也越大，所以風電場對電網繼電保護的影響很重要。本文從風電場對電網繼電保護的影響角度進行分析論證，對風電場的保護作用進行分析。

關鍵詞：風電場；電網；繼電保護；影響

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

由于風電場機組容量的逐年加大，大規模的風電接入對電力系統的電能質量產生了極大的影響，所以近年來，人們一直關注風力發電機的并網特性，早些時候對風電場的研究只是局限于特性的各種計算方式，或者是對風電場的穩定性進行研究，而對于風電場對電網繼電保護方面的作用及短路期間，由于故障導致風電機所提供電流的特性沒有進行研究。當風電場的電容量達到飽和或接近飽和狀態后，風電場本身提供的電流可能會超過電廠系統本身所設定和提供的電流容量，這時電網就會發生故障，一旦電網發生故障會對電網設備的驗證、繼電保護配置進行選擇，因此現階段研究風電場對電網繼電的保護作用是非常必要的。

一、風電場的保護作用分析

1 風電場對電纜、變壓器及其周圍區域進行保護

首先，風輪機塔的底面部分裝有鎧裝的斷路器，這個斷路器是用來保護發電機和下垂電纜的；其次，從風力發電機變壓器到風輪機塔的基柜都是用電纜進行連接的，用斷路器或保險絲做變壓器可以進行側電纜保護；再次，對變壓器及其周圍區域進行保護，這時要考慮變壓器的激磁浪涌電流問題，在檢測故障時要靈活機動，一旦出現問題靈活處理。另外；當低壓端出現故障導致電流較小時，如果保險絲不能有效的切除，可以考慮由分斷開關進行切斷。

2 風電場可有效接地進行故障保護

受到資源環境的限定，一般對風電場所處位置的選擇是根據環境來定的，通常都會選擇位置相對空曠、風力相對較足的地方，由于這部分地區空曠性很好，所以遭受雷擊的概率也會相應增大，所以一定要做好相應的防雷措施，這時風電場可有效進行接地保護。所謂的接地保護就是要檢測低壓的繞組以及端部區域到地面的漏電流，對斷電器的接地進行故障保護和過電流進行保護。

二、風電場對電網繼電的保護

1 當風速發生變化時可允許短時電動機運行

風電具有間隙性，它與常規的配電網保護是完全不同的，風電場中的一部分元件通過的是雙向潮流，而且風電發電機在有風的時候與電網是聯系的，一旦風電場的風速在啟動風速的附近發生變化時，會允許電動機進行短時運行，這是為了防止由于頻繁的切換風電場的發動機組而導致接觸器發生故障，在這一過程中需要注意的是：由于風速變化會改變風電場發動機的潮流系統方向，此時會容易引起保護裝置的錯誤動作，這點需要工作人員注意。

2 限流電抗，短路電流無法送達出去

固定轉速的異步發電機在進行并網運行發生短路故障的時候，風電場的電機各相電流會發生沖突，這時各相電流的沖突焦點會按照設備提前設定的指定規律進行有規律的衰減，直到衰減的結果為零。導致這種情況發生的原因是因為，一般固定的轉速風電機采用的是最普通的感應電機，而這種最普通的感應電機中的轉子模型只會考慮最根本的勵磁支路，不會考慮其它。一般這種普通感應電機的短路電流是由兩種初值來決定的，這兩種初值包括定子的暫時電抗狀態和定子繞組時候的非周期電流初值，先后的依次順序為：定子的暫時電抗狀態會由定子繞組的時間常數來決定，決定的數值也會按照設備一開始設定好的規律進行有規律衰減，當然短路電流的轉動頻率是由轉子的轉速來決定的。

3 雙饋風力發電機提供的短路電流量很大

上述講的是異步發電機的各相電流的特性，但是與上述普通的異步發電機短路特性不同，雙饋風電機組的并網運行特性與定速風電機組的短路電流特性有很大的不同，當在發生短路故障的時候，各項電流發生沖突的焦點會按照設備原有設定的規律進行衰減，直到衰減的結果為零或者是衰減到穩定的短路電流狀態，并且會在這個狀態下持續運行。我們從雙饋發電機的變速風電機組模型中可以看出，雙饋電機的轉子也只會考慮勵磁支路，所以它的短路電流初值與上文初值界定是一樣的，都是由定子的暫時電抗狀態和定子繞組時候的非周期電流初值決定的，它的指數衰減規律，先后的依次順序也為：定子的暫時電抗狀態會由定子繞組的時間常數來決定，決定的數值也會按照設備一開始設定好的規律進行有規律衰減。

4 要根據有限的故障電流來識別故障

通過大量的研究發現，風電場的電流發生故障主要由于電流是由公用的電網提供的，所以說，我們現階段研究的重點就是根據有限的故障電流來進行故障的識別、排查和檢修。另外，通過對雙饋風力發電機仿真系統進行模擬發現，風電場對電網繼電保護的特性會隨著故障點的不同和電網故障類型的不同而變化，所以說風電場對繼電的保護不是一成不變的，如果風電場的電流保護長久不變，會嚴重影響對風電場的保護作用和可靠保障性，時間一長不僅不會起到保護作用還會起到破壞作用。因此，對于風電場電網的繼電保護應該要適時、適度、適量，要根據電流短路的狀態、發生故障的類型來設定恒定的保護數值。

結語

由于風電場機組容量的逐年加大，大規模的風電接入對電力系統的電能質量產生了極大的影響，所以近年來，風力發電機的并網特性一直被人們所關注，以往的研究只是集中在對風電場特性進行各式各樣的計算，或者是對風電場的穩定性進行研究，而風電場對電網繼電保護方面的作用及短路期間，由于故障導致風電機所提供電流的特性沒有進行研究，因此現階段研究風電場對電網繼電的保護作用是非常必要的。

參考文獻

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