繼電保護受大規模風電接入的影響與對策探究

倪文思

摘 要：風電接入有效地緩解了國內電力資源先天不足的情況，但大規模風電系統的應用也暴露出一些問題，且對繼電保護提出了更高的要求。對風電接入系統中的繼電保護配置進行了分析，并在此基礎上，就繼電保護受大規模風電接入的影響以及應對策略，僅供參考。

關鍵詞：風電接入；繼電保護；風電場；并網線路

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.084

文章編號：2095-6835（2016）20-0084-01

繼電保護在整個風電系統中的應用作用不可小覷，想要保證風電系統的正常運行，繼電保護至關重要。

1 風電接入繼電保護配置分析

1.1 風電場

對于風力發電機組而言，其包括高頻、低頻以及電網故障等保護形式。當保護裝置運行以后，會有動作信號發出。此時，根據故障性質切除故障。在此過程中，還要將故障位置從發電機組內有效地退出來。對于箱式變壓器而言，其配置相對先進一些，包含了熔斷器，可實現全范圍的保護。

1.2 并網線路

對于并網線路而言，其性質為單項線路。該種線路上有光纖縱差，需距離、高頻保護。當單線、單壓發生變化時，電網側面距離即對單升壓產生保護作用。

1.3 風電短路

通過分析和研究電網側故障問題可知，風電場側故障電流的特性和常規放電機組特性存在著較大的差異。比如，某風電機組內采用的機組有一些是鼠籠機，該種機組可以定速、定漿；在基地建設和發展實踐中，鼠籠機的應用不斷減少，取而代之的是雙饋機、直驅機，尤其以前者為重。從應用實踐看，雙饋機組可有效利用變頻器，這有利于電機交流目標的實現，其中，變頻器僅能供給裝差，從而有效減小容量需求。同時，發電系統能按風力機轉速對電流頻率進行調節，使之恒頻輸出。改變勵磁電流以后，其幅值就會發生一定的變化。此時，便會對發電機有功調節造成影響。如果發生風電短路故障，電流就會隨之出現變化，根據規律遞減，雙饋機組暫為風電機提供電流。

1.4 機電保護

基于以上對繼電保護設備分析發現，目前，已有繼電保護可有效滿足機組的運行要求。在該種情況下深入分析可知，其主要問題在于小電流選線正確率相對較低。一旦小電流選線不正確，則在故障問題發生時及時切除線路具有難度。此外，機電保護的問題還表現在風電對并網線路繼電保護產生的影響非常的大。風電場從零至額定值會產生一定的波動。該種情況下，其電流通常局限在20%～30%；保護電流受到限定以后，風電場短路。此時，獲取的電流減少，靈敏度必然會受到影響。

2 繼電保護風電接入產生的影響分析

2.1 小電流故障難選線

國內多數35 kV集電系統均為不接地系統，單相接地的實際運行時間一般在1～2 h，該種接地方式主要依賴配電系統。通常情況下，這一系統比較適合于那些接地電流相對較小的線路。實踐中，如果將這一系統應用在架空線路、電纜混用發電系統之中，則其接線方式就會表現出明顯的不合理性，且難以有效滿足需求。由于系統配置電流設備選線的正確率較低，因此，相關人員難以及時察覺單相接地存在的問題和安全隱患，導致故障問題惡化。為了避免故障問題惡化，需要利用暫態信號完成故障選線，打破傳統的思維模式，達到小電流故障選線困難降低之目的，且還要不斷提高整個風電機組的安全性、穩定性。

2.2 風電機組出現短路

從理論上講，電壓配置較高時，系統運行會更加的穩定、可靠。330 kV及以上主網繼電保護較為完善，事故切除率可達到100%.然而，一旦主網出現短路事故，則整個風電場并網點電壓就會受故障性質、故障點電氣距離影響。如果故障持續時間不超過0.1 s，則在1 s延遲后會出現重合現象。短路電流、初次故障之間存在著較大的差異，且其本身具有一定LVRT能力的風電機組也不一定可以成功完成二次沖擊。從這一層面看，短路特性與其LVRT能力以及風機出力與控制策略密切相關。

3 繼電保護接入大規模風電場的方法

3.1 加強對故障電流波形的研究

對于實踐中存在的繼電保護裝置而言，保護重點在于短路電流本身的衰減特點、最大值等，對保護產生的影響集中表現在繼電保護整定以及配合方面的考慮。一般而言，故障暫態濾波算法、波形特點對繼電保護產生影響非常大，還會直接影響整個工頻電氣量的計算效果。因此，應對短路故障問題引發的電流波形變化進行分析，并對繼電保護全面分析。

3.2 加強自動化建設和對風電操控管理

對于風電場繼電保護而言，其時限與繼電保護方案的制訂應結合電網保護系統的實際情況。在風電和電網接入管理過程中，對涉及電網保護以及風電場配置的整定應由不同部門負責，且各部門之間應加強交流和協作，這有利于及時發展和解決因定值問題而造成的意外脫網故障問題。同時，還應對加強后備保護以及電網自動重合閘的管理，在緊急狀況下及時切斷故障點，提升保護與風電場管理工作的協調性，構建高效的繼電保護體系。

3.3 對集群線路加強繼電保護

調查發現，風電場機組所提供的短路電流不連續，導致短路電流的波形很可能會因模塊的影響而產生較大的變化。在該種情況下，如果對電網短路電流情況不予以全面考慮和分析研究，通常情況下很難對故障問題進行識別、及時隔離。值得一提的是，如果因電網應用而出現短路電流，則應對及時對整個系統保護的延時配合、定值配合等相關問題進行綜合考慮、分析研究。究其原因，主要是因為故障問題的排除時間長，導致整個電力系統、風電場系統的穩定性較低。因此，應及時對風電廠線路運行過程中的故障問題及其特點進行綜合分析，并在此基礎上，不斷完善集群線路以及風電場繼電保護方案。

4 結束語

總而言之，從國內風電場的發展現狀來看，風力發電在電力企業和事業發展過程中起到了非常重要的作用。在電力企業的發展過程中，應構建智能化的電網系統，結合較大規模的風電接入解決繼電保護問題，從而有效避免電力系統出現脫網問題，保證大規模風電接入，有效提高整個電網系統的運行安全性和可靠性，為國內電力事業的可持續發展保駕護航。

參考文獻

[1]喻婷.淺談大規模風電接入的繼電保護問題[J].企業技術開發，2016（02）.