大規模風電接入對繼電保護的影響與對策研究

霍江帥

摘 要：隨著風電技術的不斷發展，我國的風電裝機總容量不斷升高，在很大程度上緩解了我國電力能源不足的問題。不過大規模的風電接入，對于并網系統中的電力保護造成了嚴重的影響，這不僅對于整個電網的安全運行造成了一定的危害，同時還在很大程度上限制了風電的進一步發展。因此，需要充分弄清大規模風電接入對繼電保護所造成的影響，并采取有效的措施進行防范和規避，以促進風電技術獲得更好的發展。基于此，本文主要對大規模風電接入對繼電保護的影響與對策進行了研究和分析，以供相關人士參考。

關鍵詞：風電技術；繼電保護；存在問題；解決對策

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0138-01

與煤炭、石油等能源相比，風能更加的清潔，并且是可再生資源。利用風能進行發電，不僅能夠對環境起到很好的保護作用，同時還能減少對煤、石油等不可再生能源的使用，從而在滿足社會電力需求的同時，緩解我國能源短缺的問題。然而由于風能具有不可控的特性，當大規模的風電并網時，將會對整個電網的運行造成較大的影響，比如電力系統出現電壓波動、諧波污染、繼電保護不正確等，這會嚴重威脅到電網的安全、穩定運行。本文重點對大規模風電接入對繼電保護造成的影響及相應的解決對策進行了分析和探討。

1 大規模風電接入對繼電保護造成的影響

在大規模風電接入系統時，首先是通過升壓器進行升壓，再并入電網，應用的保護仍以電流速斷為主。但是由于風力發電會受到風能的影響，而風能具有不可控的特性，所以風電的輸出功率是在不斷變化的，這樣就導致風電接入后造成線路保護性能下降，在故障時無法可靠動作，運行的完全可靠性無法得到有效保證。通過大量的分析和研究，總結了大規模風電接入對繼電保護造成的影響如下：

（1）小電流系統故障選線難。從我國35kV集電系統的運行狀況來看，大多數系統的運行時不接地的，對于單相接地的系統，往往存在著1-2h的運行時間，這就使得了其適合架空線路的運行。當有大規模風電接入時，勢必會給小電流系統的選線造成較大的難度。此外，由于小電流系統的單相接地隱患較難發現，這樣會導致電力故障的進一步放大。因此，對于小電流系統的故障選線，可以借助于各種暫態信號，從而來提升機組運行的穩定性。

（2）風電機組短路。在電力系統的運行過程中，一般運行電壓越高，其系統運行越穩定。例如對于330kV以上的運行主網，一旦發生事故，事故的切除率高達100%，然而這將會對風電場并網點處的電壓造成較大的影響。如圖1所示，當風電機組出現短路故障后，如果故障的持續時間小于0.1s，在延遲1s后往往會進行重合。這樣就導致了風電機組即使承受住了第一次沖擊，也很難穿越第二次沖擊。

（3）頻繁脫網。當前國內主要應用的檢同期是在同期開關合入前，先對開關兩端的同期條件（電壓、頻率、角度在允許范圍內，可在定值內整定）是否滿足進行檢測，當滿足時再合入同期開關。為了確保實現風電網絡的穩定運行以提高供電的可靠性，其以電網并網點的方式來實現風力電源的接入，一旦當聯絡線跳閘，相應的風機就會轉為動態過程，檢同期方式就會失效，進而無法實現重合閘，造成風電脫網。

2 對策分析

（1）加強并網電路重合閘能力。風電機組在運行的過程中，并網線路的重合閘功能對其運行過程將會造成嚴重的影響，因此加強并網線路重合閘能力的研究具有非常重要的現實意義。對于風電場并網系統在運行中出現的接地故障，對于不同的故障類型，將會采取不同的措施進行解決。比如風電場并網系統出現單相瞬時接地故障，如果并網點的電壓低于20%，那么繼電保護裝置將會立即進行故障切除，從而造成風電機組的全部跳閘。并在故障排除后恢復電網，會出現風電機組全部脫網的情況。而當并網點的電壓高于20%時，風電機組仍將運行，并且在故障排除后，風電機組仍然處于并網的狀態。如果是出現永久性的接地故障，那么重合閘將無法成功動作，需要采取其它措施進行解決。由此可見，對于風電機組單相瞬時接地故障，并網電路的重合閘能力能夠對這一故障進行有效地處理，因此相關人員需要對此給予足夠的重視，從而保證并網電路具有較好的重合閘能力。

（2）分析保護裝置。在35kV的集電系統中，為了保證風電機組的安全、穩定運行，需要確保相應的保護裝置處于正常的工作狀態下。一般來說，由于風電機組的發電功率較低，因此風電機組所提供的用電功率往往只有額定功率的10%-40%，這樣雖然發生故障后所造成的危害遠小于正常電壓系統造成的危害，但是由于配電系統主要供用戶用電使用，一旦出現故障，勢必會導致用戶遭受停電的困擾。因此，對于風電機組所出現的故障，一定要及時進行處理，以免事故進一步擴大。而最為有效的處理措施是做好集電系統的接地工作和使用繼電保護裝置來進行電力系統的保護，這樣能夠為風電機組的運行提供更加安全、可靠的條件。至于已經投入運行的風電場，可以采用具有自動跳閘功能的小電流接地選線裝置進行保護，這樣一旦有接地事故的發生，能夠及時地對故障進行消除。如果在短時間內無法消除故障，則應跳開主變低壓側開關隔離故障，待相關人員進行檢查和維修處理。

（3）加強并網系統的運維管理。通過對風電及并網運行過程中事故數據的準確收集，對于提高繼電保護性能有著積極的意義。隨著在線監測技術的應用，事故數據在后臺機能夠實時的顯示、記錄，通過對這些數據進行歸類、整理，能夠有助于改進繼電保護裝置的設計、改造方案，進而提高大規模風電接入后繼電保護運行的可靠性。

3 結語

總而言之，對于風電技術的應用，對社會的發展具有積極地作用。但同時我們也應該深刻認識到大規模風電接入對系統繼電保護所造成的影響，并且采取有效的措施進行處理，這樣不僅能夠保證風電系統的安全穩定運行，同時還能促進我國的風電進一步發展壯大。

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