风电接入对继电保护的影响

尚敏帅　王刚

【摘要】 不同类型风力发电机组，其特征也会有很大的区别。双馈式及感应式风力发电机组均属于变速恒频发电系统，有可能会使风电接入点在上游的时候缩短了过流保护范围，接入点下游的过流保护误动；永磁直驱式风力发电机则属于变速恒频发电系统，受控制器限流作用的影响，故障时风机提供的短路电流比较小，对过流保护影响很小，几乎可以忽略不计。通过改变故障点位置、风电接入位置、风电接入容量及线路长度，可看出风电分流或助增电流作用对短路电流保护的影响。

【关键词】 继电保护 分散式接入 影响

一、前言

目前风电分散式接入配电网后电流保护正确工作存在的问题随着风力发电技术的不断发展而备受关注。系统发生故障的时候系统电源及风电电源要实现同时向故障点提供短路电流，可以通过风电接入的方法使配电网原有的供电结构发生改变。风电接入容量、风机种类、故障点位置及风电接入位置等是风电接入对电流的保护起影响作用的主要因素。

二、风力发电机组故障的特征分析

风力发电机依据其控制技术及运行特征可分为变速恒频及恒速恒频。变速恒频代表永磁直驱式风力发电机及双馈式风力发电机，恒速变频代表鼠笼式感应风力发电机。如果风电故障点和接入点的位置在保持不变的情况下，出故障时会因为接入的风电机组类型不同而使得流过同一保护的短路电流也不同，这也意味着很有必要对不同类型风电机组的故障特性进行研究。

2.1 永磁直驱式风电机组故障特征分析

永磁直驱风电组是变速恒频发电系统，不需要外部提供励磁电源，因为它的转子是永磁体。故障时风机所提供的短路电流会增加，但是增加的幅度很小，一般不能超过正常状态下电流的1.5倍，主要是受控制器限流作用的影响[1]。因此，永磁直驱式风电组接入配电网时对电流保护并没有多大的影响。

2.2 双馈式风电机组故障特征分析

双馈式风电机组是一种绕线式的感应发电机，它的定子直接和电网连接，而转子通过背靠背的整流桥和电网相接，可以从系统吸收或者馈出交流功率。双馈式风电机组在正常状态下，它的转速变化幅度比较大，属于变速恒频发电系统。

三相短路故障瞬间会使短路电流会迅速增大，在故障后几个周期内也会迅速衰减，但是对限时电流速断保护没有多大的影响。不对称短路故障瞬间会有助增电流，电流速断保护可能不确定动作；非故障相电流大过正常状态下的，而且会相对稳定，也会影响限时电流速断保护。

三、风电接入位置对电流保护影响分析

由限时电流速断保护、电流速断保护及过电流保护组成方案在配电网中是比较常用的。根据不同种类风力发电机组故障特征的分析可以知道，风机提供的短路电流会迅速减弱。通过比较风电接入位置在故障点上游和下游可以得出结论：风电接入位置不一样的时候，其误动及拒动范围与可靠系数、线路长短、风机接入容量有关。当风电介入位置在故障点上游的时候，由于风电助增电流作用，可能会导致故障点所在线路的相邻线路电流保护I段超越；当风电接入位置在故障点下游时，风电分流作用可能会导致故障点所在线路电流保护II段拒动。

四、风电接入点短路容量比对电流保护影响分析

风电接入点短路容量会对配电线路电流速断保护带来I段超越以及II段拒动问题。风电接入的容量越大，其风电电源分流或者助增能力就会越明显，当风电的接入容量达到一定的数值时，保护也会相应发生拒动或者误动。

五、对策

为了保证电网的安全运作，应该从设计、规划、运行及维护等阶段性工作进行比较系统的考虑，比如电网保护与风电机组保护的调节配合，风电场集电系统的接线方式等，并网风电场及电网的运行可靠性是多方面的问题[3]。虽然继电保护并不能把这些问题全部解决，但是继电保护是第一道防线，应该受到高度重视，尤其是风电分散式接入配电网后的电流保护工作。

六、结论

双馈式及感应式风电组在接入配电网时：当风电接入位置在故障点上游的时候，风电接入容量的增大可能会导致故障点所在线路的相邻线路电流速断保护I段超越；当风电接入位置在故障点下游的时候，可能会导致故障点所在线路电流保护的II段拒动。为了防止配电网电流保护的不确定工作，限制风电接入点最大短路容量比应该保持在10%以下。

参 考 文 献

[1] 张保会，王进，李光辉，郝治国，刘志远，薄志谦. 具有低电压穿越能力的风电接入电力系统继电保护的配合[J]. 电力自动化设备，2012，11（03）：124-125

[2] 郭家虎，张鲁华，蔡旭. 双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护[J]. 电力系统保护与控制，2010，16（06）：89-101

[3] 隆贤林. 低电压穿越对风电场线路保护整定的影响[J]. 内蒙古电力技术，2011，9（02）：46-47