大規模風電接入對繼電保護的影響與對策

摘要：隨著我國經濟的快速發展以及人們的生活水平不斷提高，人們對電能的要求日益增多。當前我國出現了嚴重的電能資源缺乏現象，因此我國采用了風力發電的方式來解決電能緊缺問題。但是隨著大量的風電接入，我國的繼電保護受到一定程度的影響。文章探討了大規模風電接入對繼電保護的影響與對策。

關鍵詞：風電接入；繼電保護；電能資源；風力發電；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）34-0108-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.053

針對我國電能資源缺乏問題，風力發電逐漸得到人們的重視，且有效地解決了當前的問題。隨著風電的大規模應用，一系列問題隨之暴露出來，同時對我國的繼電保護提出了更高的要求。繼電保護在電力方面具有舉足輕重的作用，因此為了確保電力系統有條不紊地運營下去，應重視繼電保護。但是，隨著大規模的風電接入，相應的繼電保護受到了一定程度的影響。故本文首先對風電基地源保護配置進行了探討，其次對其中出現的問題進行了分析，最后提出了相應的解決對策。

1 風電基地繼電保護配置

1.1 某風電接入系統狀況

本文以某風電基地為例對風電接入系統狀況進行分析。具體如圖1所示：

1.2 風電場繼電保護配置

風力發電機組涵蓋著各種繼電保護裝置類型諸如高頻或者低頻保護、欠壓或者過壓保護。保護裝置會出現相應的信號，同時針對故障類型，其會自動做出相應的動作進而切除故障或讓風力發電機組退出。

箱式變壓器配置分為高壓和低壓兩種類型。高壓往往會配置熔斷器，低壓配置電流斷路器。高壓熔斷器具有短路保護的作用，低壓中的電流短路器起著過載保護的作用。

1.3 并網線路繼電保護配置

通過圖1可以看出，并網線路的性質是單向線路。該線路由于存在著光纖縱差等原因，因此需對其進行保護。一般來說，當并網線路中的單線和電壓發生改變時，電網就會對單升壓有所保護。

1.4 風電短路特性

對電網的側故障進行研究之后，可以得出，風電場側故障電流和常規放電機組的特性存在差異之處。該風電基地的機組依然采用的是鼠籠機。該機組的特點是定速和定漿的。從當前的情況可以得出，在基地的建設中，采用鼠籠機的比例有所降低，而雙饋機和直驅機的比例有所上升，并且應用數量較多的是雙饋機組。

雙饋機組能夠借助于變頻器來完成電機交流的任務，而變頻器的作用是能夠確保供給，進而使容量需求有所降低。發電系統根據風力機的轉速使電流的頻率有所變化，進而完成恒頻輸出的任務。一般來說，當風電出現短路故障時，其電流也會發生相應的改變，同時在一定規律的指導下，發生依次遞減的現象，最終該故障就會成為穩態短路。而雙饋機組就能夠為風電機的運轉提供電流。

1.5 機電保護性能分析

借助于上述對繼電保護裝置的闡述，可以得出現有的繼電保護是可以達到風電機組運行的目標。通過對當前的情況進行分析，可以推斷出小電流選線的正確率不太高，一旦小電流選擇的線路出現錯誤時，就會導致在故障發生的第一時刻無法有效地完成線路的切除工作。同時，機電保護和風電都在一定程度上影響了線路的繼電保護。風電場從零到恒定之間會出現一定的變化。該變化發生以后，電流就會被固定在20%～30%范圍內。一旦電流被固定在一定的范圍和風電場發生短路故障時，電流的獲取量就會有所降低，導致其靈敏度不高。

2 大規模風電接入中存在的問題

由于大規模風電接入到繼電保護中，會出現一定的問題。因此本文對所出現的問題進行了分析，具體如下：

第一，當前所有的風電場所采用的集電系統大都是不接地的，且帶單相接地的運行時間不能超過2h。借助于配電系統的設計，而獲取了這種接地方式。該接地方式能夠應用在電流相對較小的架空線路，但是架空線路和電纜混合的系統接線方式不太科學。另外，在所配的小電流裝置選線的正確率不太高，未能有效地對單相接地隱患有所發現，進而使故障更加嚴重。

小電流選線裝置動作率低是經常出現的問題。在中性點小電流接地系統中，通常在故障線路中僅有相對較弱的電流，未能有效地查出是哪一條線路發生故障，這就給查找和修復造成一定的難度。

第二，通常主網繼電保護裝置是相對完整的，當該裝置出現問題時，能夠及時地發現問題進而解決問題。意思就是，當主網繼電保護裝置出現問題時，應對該問題發生的原因進行有效的分析，然后借助于分析的結果來解決當前所出現的問題。若該問題發生的時間會持續到0.1s時，就會給風電場帶來非常大的影響。一旦這種情況發生，就能夠得出這兩次的電流故障是不一樣的，如圖2所示。通過該圖，可以看到風電機組中的短路特性、CROWBAR和風機出力的大小具有較強的聯系。

在完成一系列的常規保護工作時，應注重縱差性能的特點。能源并網往往是具有波動性等特點，其會采用較多的電力元件，同時該方式會有所變化。這種現象的發生使靈敏度有所降低。盡管該現象經常發生，但是到目前為止，依然還沒研究出新的原理來對其進行保護。風電并網的弱饋性，使之前的分析方法都接二連三地被淘汰，且元件的選取受到了影響。故針對常規保護方面的工作，應該得到學者的認可和重視。

第三，兩側保護在一定程度上有所影響，當風電接入到繼電保護的過程中，兩側保護在一定程度上都會受到影響，進而使隔離系統發生側短路限流的情況。另外，風電接入到繼電保護過程中，會出現解列現象，解列的時間和負荷都會受到一定程度的影響。當風電場輸入電流時，短路電流會出現跳開現象。這種情況一旦發生就應停止短路電流的輸送。

3 大規模風電接入對繼電保護的對策

根據上述所闡述的影響和問題，本文提出了一些措施，具體如下：

第一，根據上述可以得出，重合閘是影響大規模風電接入對繼電保護的重要因素。為了能夠對重合閘進行有效的分析，本文對其瞬時和永久故障原理進行了探究。比如，當線路運行發生問題，且假設風電場具有LVRT能力，線路將會出現不一樣的問題。故障發生的位置不同，故障電壓就會存在差異。若電壓小于標準電壓值時，風電機組就有了LVRT能力，但是跳閘現象仍會發生。針對該種情況，借助于故障穿越來使該問題得到解決。換句話說，大規模的風電接入到繼電保護時，應完成超過兩次的零電壓穿越。但我們應要明白，每次零電壓穿越的時間不能超過100ms。若是為了達到該效果，其不能超過125ms，這種做法不僅使風機的風險有所降低，還能夠減少大規模風電在接入繼電保護的過程中的傷害。

第二，根據上述的分析可以知道，中性點的接地方式是影響35kV繼電系統的重要因素。通常，風電場的功率密度是不太高的，范圍大概控制在10%～40%之間。比如，當風電場中線路的功率不超過10MW時，其對用戶未能造成一定程度的影響，同時風電場和電網的影響也不會太大。另外，我們應該注重配電系統對供電網的影響。如果將線路切除的話，用戶就不能正常使用電能，故為了降低大規模風電接入對繼電保護的損害，應使用繼電系統故障快速切除的方式來使該問題得到解決。在建設風電場的過程中，應將以往的接地方式轉換成電阻接地，同時采取相應的措施使故障保護有所提高。

4 結語

綜上所述，可以得知大規模風電接入繼電保護的過程中存在著較多的問題。這些問題的出現及時地提醒了我們，使我們能夠對大規模風電接入對繼電保護進行更深入的研究，并找出相應的問題。因此，本文結合筆者的親身體會，首先從風電系統接入狀況、風電場繼電保護配置、并網線路繼電保護配置、風電線路特性以及機電保護性能五個方面對風電基地繼電保護配置進行了闡述；其次對大規模風電接入中存在的問題進行分析；最后提出了大規模風電接入對繼電保護的對策。本文的研究只是結合了筆者的經驗進行了大規模風電接入對繼電保護的影響與對策分析，希望本文的研究不僅能夠給研究該領域的學者們提供理論上的支撐，還能夠為在企業的人員提供幫助。

參考文獻

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作者簡介：陳海軍（1972-），女，寧夏人，國網寧夏電力公司檢修公司技術專責，研究方向：科技信息。

（責任編輯：王 波）