試論大規模風電接入對繼電保護的影響

張延林

【摘要】 隨著社會經濟發展，中國大陸的生態、能源環境每況愈下，而這一情況也已經成為了諸多方面必須要共同面對的挑戰。為了協調發展資源環境保護、經濟增長二者，中國大陸正逐步將“可持續發展”這一戰略落實。在此背景下，以風電為代表的可再生能源就成為了電力行業的“著眼點”，但如任風電大規模接入的話，原有電力系統方面的繼電保護必然會大受影響。

【關鍵詞】 大規模風電接入 繼電保護 影響

一、某風電基地實況

迄2015年為止，該基地風電場共出現90次電氣設備故障，其中最嚴重者是大規模風機脫網事故。究其原因，多為單個電纜故障造成，但由于保護不合理以及集電系統問題而擴大了事故——如：由于缺失風機電壓穿越能力，造成跳閘現象頻發。加之無功補償設備造成的高電壓穿越能力缺失有造成了很多風電機組過壓跳閘等。

二、風電場及風電機組故障特征

在此方面，主要包括電流計算、波形分析、短路電流減弱特征分析（包括穩態和暫態）之類。和同步發電機相比，由于很多風電機組發電機多為感應式異步形式，其轉動慣量、時間均較小，且無勵磁裝置，故而其故障特征不同于同步發電機。除此之外，因為永磁直驅機組類屬同步發電機，而其并網則需換流器方可實現，故而其換流器和故障特征間聯系緊密。加之低電壓的穿越特性、電子設備保護方式之類都對控制要求有很大提升，以至于機組電磁暫態過程日益復雜化，從而導致繼電保護性能大受影響。就電力系統繼電的傳統保護形勢而言，其基礎在于發電機電源、三相對稱系統二者，且都以出現假設故障時保持同步電機的運行參數、情況為前提，對電流實際大小、短路電流減弱特征加以計算，之后再進一步確定繼電保護原理、選擇開關設備。

三、風電接入對繼電保護的影響

3.1小電流系統故障選線難

目前，中國大陸絕大多數35kV集電系統均不接地，且單相接地均有1-2h運行時間。但其往往要依靠配電系統。很多時候，其比較適合架空線路。若是將其用于混合發電系統的話，其接線方式必然難稱合理。同時，由于“小電流選線裝置”這一系統配置正確率較低，故而單相接地隱患難以被及時發現，以至于故障放大。為避免這一情況，故障選線有必要借助于各種暫態信號，以此來打破常規，最終對選線困難加以有效降低，并有效提升機組運行穩定性。

3.2風電機組短路

配置運行穩定往往和電壓成正比，如，高于330kV的主網會有100%的事故切除率，但主網短路的話，風電場并網點電壓所受影響也將巨大。如圖1所示，故障持續時間小于0.1s的話，往往會在延遲1s后重合。一般而言，第一次故障和風電場短路電流都有所差異，且其風電機組難以穿越第二次沖擊。

3.3波動性能源并網

很多電力電子元件都會由于波動性能源并網而改變運行方式，機組與系統也會因此降低靈敏性。同時在并網后，由于多方面因素影響，造成傳統的分析方式變得不合時宜。

四、繼電保護接入大規模風電場的思路及方法

1、深入研究故障電流的波形特點。短路電流的最大值和衰減特征是很多繼電保護裝置的“保護重點”，一般而言，波形特點、故障暫態濾波算法二者是影響繼電保護性能的最大影響力，且其也會對工頻電氣量計算結果產生影響，由此，必須必要分析短路故障后的電流波形，從而全面、仔細分析繼電保護性能。

2、加強風電場操控系統、繼電保護自動裝置二者的配合。繼電保護定制、時限方面，電網保護是主要的配合要素。在此過程中，具體配置整定往往“政出多門”，為此，不同部門有必要加強交流，在協調基礎上開展活動，以此來有效避免定值問題造成的意外脫網。此外，還要加強電網自動重合閘、后備保護之類緊急情況下各種保護工作，也要提升協調與配合風電場控制工作力度。

3、開發線路繼電保護體系。在此方面主要是針對風電機組難以提供短路電流或者由于應用電網而產生短路電流的問題，“對癥下藥”地開發各種形式的線路繼電保護形式。

五、結語

目前，中國大陸電力企業發展中，風力發電已經成為重要趨勢，故而在智能電網構建過程中，要基于大規模風電接入這一背景制定繼電保護措施，以此來避免脫網事故，以此提升電網安全可靠性。

參 考 文 獻

[1] 余東海.淺談大規模風電接入對繼電保護的影響與對策[J].通訊世界，2015（22）.

[2] 蘭會詳.大規模風電接入對繼電保護的影響與對策[J].價值工程，2014（34）.