大规模风电接入对继电保护的影响与对策探究

摘 要：在当下不可再生能源不断被消耗的大背景下，风电接入无疑缓解了电力资源不足的情况，但大规模风电在接入过程中，也会给继电保护带来一定影响。由此，文章就大规模风电接入对继电保护产生的影响进行分析，并探索相关解决方法。

关键词：大规模风电接入；继电保护；影响与对策

1 我国风电并网存在的问题

我国目前的风电场系统以不接地系统为主，可以带单相接地运行长达两个小时，这样的接地方式主要应用于架空线路，因为架空线路接线电流小，并不适用于电缆和架空电路混合系统，所以较容易导致小电流选线装置动作率低，造成选线装置发生错误，如果这样情况下不能及时找出故障发生的位置，有可能导致一系列的安全问题。这样情况比较常见，一般故障发生时只表现微小的电流，对于相关技术人员来说，找到故障所在有一定的难度。主网的继电保护装置要完善，如果主网继电保护装置发生故障，要对故障性质和故障发生距离进行分析，参照分析结果处理故障问题，若故障持续的时间超过了0.1秒，风电场将会再次受到损害，与前次故障不同，此次风电机组短路特性受到风机出力大小的影响。

2 风电基地继电保护配置分析

2.1 风电场继电保护配置

风力发电机组相应的继电保护装置，主要为高低频保护、欠过压保护、负荷保护、电网故障保护等，在故障发生时，保护装置会根据故障性质发出信号，同时做出反应切除故障，并将故障退出发电机组。我们知道，箱式变压器有两种类型，即高压和低压，两者配置不相同，高压通常有熔断器，低压则配置电流断路器。熔断器能够在电流短路或过载时保护电路，断路器具有过载和短路保护作用。

2.2 并网线路继电保护配置

就并网线路性质而言，其为330千伏线路，且通常是单向线路，在线路两侧有全线速动保护装置，通常是光纤纵差、距离保护、高频保护等三种模式负责全面保护，就该系统而言，其配置了相互独立的双套保护模式，通常情况下，一旦线路中单线、电压有所变化，电网侧面距离就起到相应的保护作用，同时其配有性能完善的就地判别装置、失灵远眺装置等。

2.3 风电短路特性

根据研究电网侧故障的结果表明，风电场侧故障电流不同于常规风电机组的电流特点，风电机组通常采用鼠笼机，这种设备是定速的。随着基地不断建设发展，鼠笼机的使用率有所下降，双馈机和直驱机的应用相对较多，且双馈机应用比例偏多，因为双馈机组可以通过变频器达到电机交流的目的，变频器能够通过供给转差功率减小容量需求。我们知道，风力机的转速不同会使励磁电流频率不同，而发电系统则会根据变化的励磁电流频率进行调节，确保电流的恒频输出。双馈机调节自身有功无功的功率是依据改变励磁电流的相位和幅值，在风电机组发生短路故障时，相应的电流也受到影响，并会以一定规律依次衰减，成为稳态短路电流，而双馈机组在这种情况下就会为风电机提供短时故障电流。由于330千伏变电站的零序阻抗小，因此电网接地短路时，产生的以零序电流为主的短路电流较大。

3 风电接入对继电保护的影响

3.1 增大电路保护的难度

目前我国所使用的不接地集电系统容易造成小电流选线装置动作率低，进而使选线装置发生故障的几率增加，若是故障没有及时被找到，可能会导致故障扩大，进而影响电力系统稳定运行。而这些无疑增大了电路保护的难度，对继电保护产生了一定的限定作用，使继电保护的有效性降低。

3.2 加大风电脱网风险

为保证风力发电能够稳定持续，相关技术人员会将风力电源加入电力系统并网点，而采取这样的方式，会使相对应的风机在联络线跳闸后停止工作，导致相对应的联络线不能自动有效合闸，进而产生风电脱网问题，这样一来，就增加了继电保护维护电网的难度，使风力发电的稳定性降低，风电脱网概率增加，在导致能源浪费的同时，也增加了电网运行的危险性。

3.3 影响两侧保护

在对大规模风电接入进行继电保护时，也会给两侧保护带来一定影响，进而又造成隔离系统侧发生短路，从而限制整个系统运行的风险。我们知道，风电组在稳定性降低后就会出现解列情况，而解列时间受多种因素影响，比如负荷电流的大小等，电流输入风电场以后，短路电流促使断路器装置产生闭关现象，为防止设备受到损害，就要及时停止电流的输出，因此大规模风电接入可能会导致故障发生的可能性增加。

4 解决方法与对策

4.1 加强对故障电流波形的研究

继电保护装置的保护重点是短路电流的衰减特征、短路电流最大值，大规模风电接入对继电保护产生的影响主要体现在继电保护整定与配合上，其没有深入考虑继电保护的根本原理，通常来说，对继电保护产生较大影响的是故障暂态的滤波算法和波形特点，这些还关系到工频电气量的计算结果，所以，要加强对故障电流波形的研究，从而做到对继电保护原理的全面分析。

4.2 加大并网电路重合闸的研究力度

如果风电场专用的220千伏或者110千伏线路接地出現状况，要结合实际及时处理，假如发生单相瞬时接地，同时网点上的电压又不足20%，一般采取机组全部跳闸的方式进行迅速处理，当电网上供电恢复后全部进行脱网处理；若是电压大于20%，机组依然保持稳定运行，在电力恢复后又处于并网运行状态，这样在出现接地故障时，表现形式则呈现多样化态势，如重合闸不能及时动作，要根据实际情况具体分析。因为故障的不确定性，所以故障电压也不相同，电压未超过额定电压万分之一时，也可能全部跳闸。在进行大规模风电接入时，要根据实际的故障穿越要求，控制零电压穿越并使用两次以上的时间，将其掌握在100毫秒内，如此操作一般能够使风机的要求时间短于20%额定电压的保持时间。

4.3 加强自动化建设和风电操控管理

根据电网保护系统的实际情况来制定风电场继电保护的方案和时限，有利于提升继电力系统的稳定性。在将风电接入电网这一工作过程中，相关的电网保护和风电场具体的配置整定分别由不同部门负责，虽然是独立部门，但应加强双方交流沟通，相互配合，在定值问题上进行沟通协调，以免造成意外脱网故障。另外，对后备保护和电网自动重合闸的管理工作也要加以重视，确保在紧急情况发生时要及时切断负荷，并促进各步控制工作之间协调性的提升，力争构建一个完善的继电保护体系。

4.4 加强对集群线路的继电保护

一般来说，风电场机组无法持续提供短路电流，但是，受到模块影响下短路电流，其波形可能产生一定的变化，这时，就要对短路电流进行全面分析研究，以便及时发现故障点并加以排除，同时，要全面分析整个电力系统保护的定值配合与延时配合问题，因为排除故障耗费的时间越长，风电场系统及电力系统的稳定性就越低，所以必须及时处理故障问题，对故障特点进行全面分析，并不断开发和完善集群线路和相关的继电保护方案。

参考文献

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[4]任坤龙，刘璐，明亮.接入电力系统的低电压风电与继电保护的配合研究[J].科技与企业，2015（17）：231.

作者简介：王磊（1976-），男，毕业于东北电力学院，现就职于大唐山东清洁能源开发有限公司，研究方向：风力发电与清洁能源。