大规模风电接入对继电保护的影响与对策研究

摘 要：随着风电技术的发展应用，我国风电装机总容量已经达到世界首位，很好的解决了当前严峻的能源短缺问题。但是在实际并网运行过程中，大规模风电接入对于系统的继电保护造成了很大的影响，不但影响着风电的进一步发展，也对整个电网的运行安全造成了很大的危害。

关键词：风电场；集电系统；继电保护

前言

风能具有清洁、可再生等诸多优点，在煤炭、石油等不可再生资源短缺的情况下，是一种很好的替代能源。利用风力发电，能够很好的缓解我国电能需求紧张的现状。对于风力发电技术的研究由来已久，且取得了很大的成效，当前我国风电装机总容量已达到世界首位。但是由于风能不可控制的特性及风电场规模的不断扩大，对整个电网的安全稳定运行造成了巨大的影响，如系统电压波动、频率波动、谐波污染及继电保护不正确动作等。在下面文章里，我们将重点对大规模风电接入电网后会对继电保护系统造成的影响及如何解决这些问题进行分析探讨。[1]

一.风电场及风电机组的运行特点

风电场主要是由风电机组、集电系统、升压站及厂用电系统组成，其中风电机组一般是选用异步发电机，风电场中有很多个风电机组，在将电能送入升压站前，先要由集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来，最终汇集为一条35KV的架空线路。

由于大量应用了异步发电机，当并网运行时，需要从电网中吸收大量的无功功率，所以为了减轻电网无功负担，提高供电质量，在每台风电机端都配置了电容器组。鉴于异步发电机的运行特点，当风速及风力机输出功率发生变化时，注入电网的有功及吸收的无功功率都会发生变化，进而造成风电场母线及并入电网电压的波动。尤其是在并网时，风电场会瞬时吸收大量无功；而当风速剧增或系统发生故障造成脱网时又会造成电网电压的骤降，由于机端电容的补偿作用在脱网前提高了风电场运行电压，脱网时会进一步加剧电网电压下降幅度。[2]

二.大规模风电接入对继电保护造成的影响

传统的电网继电保护是建立在三相平衡且电源为发电机的基础上，在设置时一般是先假设故障发生时同步电机运行状况及运行参数不做丝毫变化，进而计算得出短路电流衰减特征与电流大小，再以此为依据对继电保护进行整定，选择相应设备。在大规模风电接入系统时，首先是通过升压变进行升压，再并入电网，应用的保护仍以电流速断为主。但是由于风力发电会受到风能的影响，而风能具有不可控的特性，所以风电的输出功率是在不断变化的，这样就导致风电接入后造成线路保护性能下降，在故障时无法可靠动作，运行的完全可靠性无法得到有效保证。通过大量的分析，我们关于大规模风电接入对继电保护造成的影响有了一定的认识，具体可总结为下列几条：

2.1保护装置灵敏度下降

这是因为风电在接入电网是首先通过升压变升压，而升压变中性点需要接地，这会使整个电力系统的零序网络发展变化，进而影响零序保护，致使保护装置灵敏度下降。

2.2拒动能力失灵

风电并入电网后，由于缺乏专用的弱馈装置，当发生短路时，短路电流无法向故障点持续输出，这会导致并联点联络线无法发挥保护功能，相应的拒动功能失灵。

2.3频繁脱网

当前国内主要应用的检同期是在同期开关合入前，先对开关两端的同期条件（电压、频率、角度在允许范围内，可在定值内整定）是否满足进行检测，当满足时再合入同期开关。为了确保实现风电网络的稳定运行以提高供电的可靠性，其以电网并网点的方式来实现风力电源的接入，一旦当联络线跳闸，相应的风机就会转为动态过程，检同期方式就会失效，进而无法实现重合闸，造成风电脱网。

2.4距离保护性能下降

风力发电一般是采用异步发电机，这会影响相应阻抗平面轨迹的变化，影响联络线保护的可靠动作，致使距离保护无法充分发挥其保护作用。[3]

三.对策分析

想要在实际的运行过程中，可靠的保障大规模风电接入后整体电网的运行安全稳定性，首先需要电力部门在项目的规划、设计、建设、运行过程中对风电项目特点进行综合考虑，合理的对输电方式、保护配置进行合理选择。前面我们简单的了解了风电场及风电机故障的特点，并对其如何影响系统继电保护的正常运行进行了探讨。下面我们针对性的提出一些降低影响的有效措施。

3.1明确故障电流的波形变化

在继电保护设计时，保护定值的确定主要是依赖于短路电流的衰减特性及电流峰值这两个因素。而影响保护性能的最大因素是故障暂态时滤波算法及波形变化特点。所以在大规模风电接入电网后，应重点对发生短路故障时，电流波形特点进行深入分析，进而才能更深入的对其他问题进行探讨。

3.2妥善解决保护定值及时限问题

继电保护系统想要可靠的发挥作用，准确的整定保护定值及时限非常重要，鉴于风电场的运行特点，需要对电网保护工作和风电场配置工作进行合理的协调。

3.3加强并网电路重合闸能力

前面我们提到由于受当前检同期方式的影响，风电会出现频繁脱网的问题，所以重合闸装置的应用对于风电机组的安全运行有着重要的意义。当风电场并网线路出现接地故障时，需要根据故障的不同性质采取不同的措施，当单相瞬时接地故障发生时，若并网点电压低于20%，则机组跳闸，电网恢复正常后，风电已经全部脱网；若并网点电压高于20%，则机组仍正常运行，当故障消除，电网恢复正常后，风电仍处于并网状态。当发生单相永久接地故障时，会出现多种不同的情况，但各种情况下重合闸均动作不成功。由于故障点位置、阻值都有着很大的不确定性，造成并网点电压的不确定，即使应用了低电压穿越功能，也会出现全部跳闸的情况。为此有必要在保护中使用两次低电压穿越，并对持续时间进行严格控制。

3.4分析保护装置

在通过升压变升压前，需要通过集电系统将电能汇集到变压器低压侧母线，在运行过程中集电系统中性点需要接地，这种运行方式会影响风电场的安全运行。单台风电机发电功率低，在发生故障时对于整个电网影响较小，而集电系统与电网联系较为紧密，当发生故障时会造成风电的脱网运行。为此有必要对集电系统加以升级，并优化继电保护配置。如集电系统接地方式可选用经电阻接地这一方式，并配置单相接地保护装置；风电场已投运情况下，集电系统则可采用经消弧线圈接地的方式，并配置具备自动跳闸功能的小电流接地选线装置。

3.5加强并网系统的运维管理

通过对风电及并网运行过程中事故数据的准确收集，对于提高继电保护性能有着积极的意义。随着在线监测技术的应用，事故数据在后台机能够实时的显示、记录，通过对这些数据进行归类、整理，能够有助于改进继电保护装置的设计、改造方案，进而提高大规模风电接入后继电保护运行的可靠性。[4]

结束语

在上面文章里，我们只是简单的对大规模风电接入对系统继电保护造成的影响及对策进行了分析。我们应充分认识到风电技术的应用对于整个社会的发展都有着积极的意义，通过对风电机及风电场特点的分析研究，除了有助于我们降低风电接入对系统继电保护造成的影响外，还能够使我们更好的推进风电的发展壮大。

参考文献

[1]何世恩，姚旭，徐善飞.大规模风电接入对继电保护的影响与对策[J].《电力系统保护与控制》，2013，（01）：22

[2]徐凤玲.大规模风电接入对继电保护的影响与对策[J].《信息技术与信息化》，2015，（11）：71

[3]聂文昭，明亮，刘璐.大规模风电接入对继电保护的影响与对策[J].《黑龙江科技信息》，2015，（26）：33

[4]徐覃萍.风电接入对配电网继电保护的影响及其保护配置研究[C].2014-广西大学：26-30