風電接入電力系統(tǒng)故障電流的影響因素分析及對繼電保護的影響

陶颋晟

【摘 要】由于社會發(fā)展迅速，人們對電能的需求量也在逐步增加，為可以充分滿足人們用電的需求，在多數(shù)地區(qū)中都開展了風力發(fā)電項目，同時緩解了用電的需求量，可是該種風力發(fā)電形式對繼電保護有一些影響。所以，本文以風電接入后繼電保護性能為切入點，分析了風電接入給繼電保護帶來的影響，探討了適應(yīng)風電接入的舉措，以供相關(guān)人員研究和參考。

【關(guān)鍵詞】風電接入；繼電保護；影響

伴隨能源危機與生態(tài)環(huán)境問題逐漸顯現(xiàn)出來，風電等可再生資源能源受到了社會各界人士的關(guān)注，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計表明風電裝機容量增加了，在風電市場內(nèi)處在較高的位置，風電變成了三大電源之一。雖風電裝機規(guī)模排全球第一，可是風電運行過程中慢慢顯現(xiàn)出很多問題，風機脫網(wǎng)問題屢發(fā)。繼電保護是電網(wǎng)安全運行的首道防線，從一開始的識別且切除故障元件避免被損壞，發(fā)展到了迅速切除故障問題，阻遏系統(tǒng)運行情況更加嚴重、提升并列運行安全的多重任務(wù)，為確保電能有效傳輸與利用起到了一定作用。風電接入將電力系統(tǒng)運行特點改變了，給繼電保護配置帶來了全新的挑戰(zhàn)。此次研究就風電接入對繼電保護影響問題進行了論述。

一、風電接入后繼電保護性能

通常而言，風電場是由很多臺風電機組成的，每一個機組生產(chǎn)的電能經(jīng)過集電線路聚集，以風電場送出變壓器外送到系統(tǒng)。風電場及送出線的保護配置就是：

首先，送出變壓器保護。風電場送出變壓器中依舊采用的普通的變壓器保護，該原理就是雙側(cè)及三側(cè)在故障前后電壓與電流具備一樣的頻率，借助電流差動原理推斷出區(qū)內(nèi)及區(qū)外的故障。有關(guān)調(diào)查表明DFIG在故障階段投入Crowbar電路來達到LVRT，集電線風機側(cè)與風機出口電源頻率伴隨故障前工作情況出現(xiàn)偏移，基于傅里葉工頻算法電流基頻相量幅值根據(jù)某種規(guī)律進行擺動，因而，基于相量值的差動保護動作電流和制動電流會議很多的頻率分量大規(guī)模波動，不能確保差動保護正確動作。投進Crowbar電路以后，風電場側(cè)頻率偏移工頻，借助傅里葉工頻算法不能正確獲取差流內(nèi)的2次諧波。所以，一般的電力變壓器保護不適合使用在風電接入系統(tǒng)內(nèi)。

其次，風電場送出線路保護。我國風電基本使用的是超高壓遠距離送出。送出線路保護依舊使用普通輸電線路保護配置，配置縱聯(lián)保護作為主保護，不思考風電特征。故障階段的風電集中接入?yún)^(qū)電網(wǎng)的電磁暫態(tài)特性與一般的能源電網(wǎng)不相同，基于過去的電力系統(tǒng)故障暫態(tài)響應(yīng)的繼電保護動作性能不能確保。一些地區(qū)屢屢出現(xiàn)風電送出線路保護誤選問題。具有低電壓穿越性能的雙饋式風電場送出線路三相故障過程中，轉(zhuǎn)子電流是衰減直流，風機的機端基于故障前轉(zhuǎn)速率的交流電動勢衰減速度快，同時風電場阻抗比系統(tǒng)測阻抗大。風電場測電壓是由電網(wǎng)工頻電壓來支撐的。風電場測電流是風機轉(zhuǎn)速決定的非工頻交流，導(dǎo)致電壓與電流頻率有差異。

二、風電接入對繼電保護帶來的影響分析

（一）風電機組短路問題

一般情況下，電壓很高的配置運行是非常穩(wěn)定的。打個比方，330kV及330kV以上的主網(wǎng)繼電保護配置是很健全的，事故切除率是100%，倘若主網(wǎng)出現(xiàn)短路問題，風電場并網(wǎng)點電壓就會遭到故障性質(zhì)以及故障點電氣距離所影響。如果故障連續(xù)時間是0.1S以內(nèi)，那么就會在1S以后重合。風電場短路電流與首次故障問題有一定的差別，具有LVRT能力的風電機組未必可以穿越二次沖擊。因而，具有LVRT能力與風機出力大小與否等和風電機組短路特點有著非常緊密的聯(lián)系。

（二）波動性能源并網(wǎng)問題

因為波動性能源并網(wǎng)，很多電力電子元件的運行方法出現(xiàn)了一定的改變，將機組及系統(tǒng)的靈活性降低了，給運行方法的新原理保護探究提出了嚴要求。風電并網(wǎng)以后，被各方面因素所影響，比如，受正負序不等與控制系統(tǒng)等影響，導(dǎo)致原來的故障分類截取與疊加原理等分析方式無法使用在這一系統(tǒng)之中，必須要深入探索常規(guī)縱聯(lián)方向及距離等。

（三）小電流系統(tǒng)選線困難

大部分35kV集電系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，單相接地運轉(zhuǎn)的時間通常保持在兩小時以為。這樣的接地方法應(yīng)當利用配電系統(tǒng)設(shè)計方案。一般條件下，其適合使用在接地電流小的架空線路中。假設(shè)把其運用在架空線路與電纜混合發(fā)電系統(tǒng)，該種接線方法一定是不科學(xué)的。因為配置的小電流選線裝置選線準確性不高，相關(guān)工作人員難以在第一時間發(fā)現(xiàn)單相接地問題，造成故障變大。為防止故障變大，需要經(jīng)過電流行波等暫態(tài)信號開展故障選線，突破過去的思維，將小電流系統(tǒng)故障選線難度減小，借此來提升風電機組運行的安全性與穩(wěn)定性。

三、適應(yīng)風電接入的對策

要想保證風電接入的安全性以及適應(yīng)性，必須要相關(guān)工作人員思考到電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計等環(huán)節(jié)的要求，主動遵從風電場集電系統(tǒng)接線方法與保護配置基本原則，綜合協(xié)調(diào)，配合風電機組保護及配繼電保護，把繼電保護當作風電接入的首道防線，同時增加對其的關(guān)注力度。

（一）使用機電系統(tǒng)接地方法

風電場35kV運行線路過程中，集電系統(tǒng)中性點接地方法會影響到風電場安全。風電場功能密度低，同時風電場發(fā)電出力時間是額定功率20%。例如，在酒泉風電場之中，一條35kV集電線路有功潮流比10MW小。這不單單不會對用戶帶來一定的影響，與此同時也不會影響到電網(wǎng)安全運行，還能夠有效彌補過去配電系統(tǒng)里面切除線路與用戶停電的缺陷。為可以防止故障變大，在新建設(shè)的風電場內(nèi)，需要借助集電系統(tǒng)接地法，配置繼電保護裝置，在合適的方位配置具備跳閘能力的小電流接地選線設(shè)備，這樣有益于在單相接地以后實時切除故障問題，保證風電機組運行是安全的，穩(wěn)定的。

（二）配置完整的監(jiān)控系統(tǒng)

風電場控制室配置了健全的監(jiān)控系統(tǒng)。風電場升壓站與變電站里面配置的故障錄波設(shè)備、相量測量設(shè)備等，能夠有效記錄事故整個過程的信息。按照風電場機組廠商與型號等，全面分析事故信息，計算與設(shè)計繼電保護裝置，提升風電接入系統(tǒng)以后，繼電保護運行的安全性與可靠性，從而深入探索新的繼電保護原理，此對于保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有重要作用。

結(jié)束語：

總的說來，風力發(fā)電對我國的發(fā)展而言起著非常重要的作用，所以，應(yīng)當在全國范圍以內(nèi)進行廣泛開展?？墒菍τ陲L電接入中，對電力系統(tǒng)中繼電保護的影響這一問題，必須要引起系統(tǒng)中相關(guān)部門工作人員的高度重視，從而制定出有效的解決方案，以期可以促使該種風力發(fā)力形式的快速發(fā)展，而不再遭到繼電保護問題的干擾，進而給社會的發(fā)展貢獻出一份力量。

參考文獻：

[1]葉茂，劉艷，顧雪平，等.大停電背景下考慮系統(tǒng)暫態(tài)安全的動態(tài)風電穿透功率極限計算[J].電力自動化設(shè)備，2018，38（11）：167-173.

[2]孫群.大規(guī)模風電接入對電網(wǎng)的影響分析[J].設(shè)備管理與維修，2018（20）：138-140.

[3]徐青山，劉夢佳，黃煜.大規(guī)模風電接入下基于隨機配置點法的電網(wǎng)再調(diào)度方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2018，42（11）：3557-3566.

[4]劉建超.大規(guī)模風電接入對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量和繼電保護的影響[J].科技風，2018（30）：172-173.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）