風(fēng)電接入對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響分析

馮曉航

摘?要：分布式接入和集中式接入本身也在風(fēng)電井網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用。本文有效地分析兩種接入方式，并有效地研究風(fēng)電接入對之后電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電接入;電網(wǎng)建設(shè);繼電保護(hù);影響策略

一、故障特性及繼電保護(hù)

1.故障特性

繼電保護(hù)是基于系統(tǒng)故障特征分析與設(shè)計(jì)得來的。風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)電場的故障分析是其中的重要環(huán)節(jié)，同步發(fā)電機(jī)電源與三項(xiàng)對稱系統(tǒng)是傳統(tǒng)意義上繼電保護(hù)的基礎(chǔ)內(nèi)容。傳統(tǒng)意義上的繼電保護(hù)系統(tǒng)存在一定的缺點(diǎn)，系統(tǒng)發(fā)生問題前后，同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)并不會發(fā)生變化。而現(xiàn)階段使用的異步發(fā)電機(jī)由風(fēng)電機(jī)組組成，相較于傳統(tǒng)意義上的同步發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)故障的出現(xiàn)是由于自身結(jié)構(gòu)引起的。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)短路時，傳統(tǒng)的異步發(fā)電機(jī)短時間內(nèi)會出現(xiàn)大電流，然后迅速衰減為零，該過程持續(xù)時間較短，并不能為系統(tǒng)提供短路電流。雙饋式發(fā)電機(jī)相較于傳統(tǒng)的異步發(fā)電機(jī)，可為短路系統(tǒng)提供短路電流，同時其電流衰減時間較長。.

2.繼電保護(hù)

勵磁結(jié)構(gòu)的缺失?，F(xiàn)階段，大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電廠常用的機(jī)型為鼠籠型異步電機(jī)，該電機(jī)無勵磁結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路時，電流衰減較快，無法為短路系統(tǒng)提供短路電流。

選項(xiàng)裝置電流小動作率較低。不接地系統(tǒng)不易保障系統(tǒng)安全，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)安全故障時，不利于故障的解除。不接地故障線路與電路電容電流較小，很大程度上會導(dǎo)致風(fēng)電場系統(tǒng)故障難以排除。

波動性并網(wǎng)靈敏度較低。由于受到控制系統(tǒng)等多種因素的影響，風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并網(wǎng)后，難以滿足電力系統(tǒng)中對靈敏度的要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中選項(xiàng)單元與距離受到影響，進(jìn)而產(chǎn)生繼電保護(hù)問題。當(dāng)系統(tǒng)接入風(fēng)電后，升壓變壓器由于接地產(chǎn)生變化，進(jìn)而使零序網(wǎng)絡(luò)隨之變化，最終降低零序網(wǎng)絡(luò)的靈敏度。

當(dāng)風(fēng)電場并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線斷開后，其中的自動重合閘難以閉合。現(xiàn)階段，我國普遍使用的檢同期方式對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，網(wǎng)絡(luò)線斷開，很大程度上會影響風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而影響檢同期的成功率，使得重合閘無法閉合，進(jìn)而產(chǎn)生風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的故障。

（劇動常態(tài)化。由于設(shè)備缺少弱饋保護(hù)，進(jìn)而很大程度上減弱了并聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)線的保護(hù)性，使系統(tǒng)出現(xiàn)部分劇動。

二、風(fēng)電接入對繼電保護(hù)的影響

1.部分電路故障存在選線問題

在電路機(jī)組正常工作的情況下，大部分的35kV集電系統(tǒng)采用的系統(tǒng)都是不接地系統(tǒng)，在單向接地的時候時長一般是一至二個小時，在風(fēng)電工程中，這種接地方式都應(yīng)該借鑒了配點(diǎn)系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到正常運(yùn)行的目的，但是一般情況下只有電流比較小的架空線路才會采取這種接地方式，而其他的線路相比之下對這種接地方式的使用十分少見，如果將這種系統(tǒng)強(qiáng)行安置到不適用的電纜和架空線路的混合系統(tǒng)中，短時間內(nèi)成本可能會有所降低，但是此時也會因?yàn)橄到y(tǒng)不匹配而存在安全隱患。也就是說，小電流系統(tǒng)的選線條件比較苛刻，導(dǎo)致選線的正確率比較低，而且在選線錯誤的情況下，這個潛在的隱患還不容易被工作人員所發(fā)現(xiàn)，致使故障覆蓋面廣，造成更大的損失，所以說，小電流的體統(tǒng)故障選線難。

2.風(fēng)電機(jī)組短路引起的電壓變化問題

電壓越高的風(fēng)電系統(tǒng)配置在運(yùn)行時具有更高的穩(wěn)定性和安全性，但是設(shè)備運(yùn)行的過程中一旦出現(xiàn)短路現(xiàn)象，電壓也會受到很大程度的影響，對機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行不利。比如說：在風(fēng)電系統(tǒng)中主網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備擁有的穩(wěn)定性較高，系統(tǒng)的完善具體體現(xiàn)在擁有高達(dá)100%的切錯率、運(yùn)行安全系數(shù)高、對故障反應(yīng)的速度快等方面。但是如果主網(wǎng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，就會對風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓產(chǎn)生比較大的影響。當(dāng)然，電壓變化情況不僅僅和故障點(diǎn)的短路情況有關(guān)，故障的性質(zhì)以及故障點(diǎn)的電氣距離也同樣會影響電壓的變化幅度。因此，可以說風(fēng)電機(jī)組的短路問題受多方面的影響，比如風(fēng)機(jī)的處力大小、控制的策略等等，不同的原因造成的機(jī)組短路情況也不盡相同。

三、應(yīng)對措施

1.加強(qiáng)重合閘管理

重合閘的使用會對繼電保護(hù)的功能產(chǎn)生重要影響，同時也會對風(fēng)電接入產(chǎn)生影響。當(dāng)重合閘出現(xiàn)故障時，會極大地影響風(fēng)電接入保護(hù)效率，因此對重合閘故障的及時處理是十分重要的。當(dāng)風(fēng)電場無法準(zhǔn)確定位繼電保護(hù)裝置故障時，即使系統(tǒng)的實(shí)際電壓值較小，系統(tǒng)也會因電壓參數(shù)異常導(dǎo)致重合閘跳閘，但仍保持LVRT功能不變。系統(tǒng)可通過使用多次零電壓穿越，使系統(tǒng)穿越時間低于100ms/次，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，穿越時間也可設(shè)置為125ms/次。

2.調(diào)整運(yùn)行方式

風(fēng)力發(fā)電廠故障的產(chǎn)生原因是解決系統(tǒng)故障的首要任務(wù)，分析系統(tǒng)的繼電保護(hù)故障要結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，優(yōu)先保護(hù)，合理安排。以減小故障為首要原則，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況合理安裝繼電接線方式。新建設(shè)的風(fēng)力發(fā)電廠需結(jié)合風(fēng)力發(fā)電廠安裝的實(shí)際位置與風(fēng)力情況進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。若系統(tǒng)安裝不屬于接地方式，需考慮設(shè)備安全，使用小電流具備跳閘功能的接地裝置。若系統(tǒng)繼電保護(hù)問題通過這些措施難以解決，可采取故障隔離方法，用以排除系統(tǒng)故障。

3.強(qiáng)化風(fēng)電并網(wǎng)

運(yùn)行、維修以及故障管理工作可通過使用相能測量系統(tǒng)、故障錄波裝置等監(jiān)控裝置，對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)的采集、分析與處理，確保繼電保護(hù)裝置與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行。

4.建立電磁暫態(tài)仿真模型

現(xiàn)階段，雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)與永磁直驅(qū)機(jī)組電力系統(tǒng)發(fā)展越來越快，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。因此，繼電保護(hù)需將其考慮在內(nèi)。異步發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)意義上的同步發(fā)電機(jī)組存在很大的不同。因此，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)的分析與處理需結(jié)合其設(shè)計(jì)原理與功能，建立準(zhǔn)確的模型。對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，暫態(tài)仿真模型可對系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行動態(tài)模擬，為風(fēng)電廠的分析處理提供技術(shù)支持。

5.加強(qiáng)開發(fā)集群電線路保護(hù)機(jī)理

當(dāng)風(fēng)電場產(chǎn)生集群電路問題時，將在很大程度上降低集群母線與風(fēng)電機(jī)組的電壓。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障且故障難以及時解除時，將在很大程度上對風(fēng)電場的實(shí)際運(yùn)行的可靠性產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)大面積脫網(wǎng)。若想及時解除故障，需準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，對故障進(jìn)行隔離處理。結(jié)合現(xiàn)階段掌握的系統(tǒng)信息全面分析，對系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善。

6.應(yīng)用繼電保護(hù)自動化系統(tǒng)

繼電保護(hù)自動化系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)控電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行，對系統(tǒng)中各參數(shù)記錄分析，實(shí)時監(jiān)控電網(wǎng)系統(tǒng)中各參數(shù)，診斷系統(tǒng)問題，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時采取保護(hù)措施發(fā)出警報。

7.重視配合自動控制系統(tǒng)與安全自動裝置

繼電保護(hù)裝置的定值和時限需與電網(wǎng)運(yùn)行保護(hù)相連，風(fēng)力發(fā)電場的電網(wǎng)保護(hù)通過不同系統(tǒng)管理，為避免系統(tǒng)發(fā)生脫網(wǎng)問題，在實(shí)際安裝過程中需考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素，建立多站點(diǎn)聯(lián)控的連接策略。這樣就可合理防范供電廠不穩(wěn)定導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象，進(jìn)而建立完善合理的繼電保護(hù)系統(tǒng)。

結(jié)束語

風(fēng)電場想要運(yùn)營良好，與規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行和維護(hù)都是分不開的，首先要制定完善的實(shí)施方案，保證風(fēng)電機(jī)組能夠穩(wěn)定安全地運(yùn)行，提高風(fēng)電接入的穩(wěn)定性、靈敏度以及安全性，才能做到防患于未然，減少安全事故的發(fā)生，同時也能減少資源的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]吳國棟.基于潮流轉(zhuǎn)移識別的風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2017.

[3]劉 瑩.大規(guī)模風(fēng)電接入對繼電保護(hù)的影響與對策[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（18）：191.

[4]魯振威.雙饋風(fēng)電場接入對送出線路繼電保護(hù)的影響及改善措施[D].北京：華北電力大學(xué)，2017.