解析风电场对电网继电保护的影响

夏业波

摘 要：随着风电场机组容量的逐年加大，大规模的风电接入对电力系统的电能质量产生了极大的影响，由于风能具有不可控制性和随机性，当风能增大时向系统提供的短路电流也越大，所以风电场对电网继电保护的影响很重要。本文从风电场对电网继电保护的影响角度进行分析论证，对风电场的保护作用进行分析。

关键词：风电场；电网；继电保护；影响

中图分类号：TM77 文献标识码：A

由于风电场机组容量的逐年加大，大规模的风电接入对电力系统的电能质量产生了极大的影响，所以近年来，人们一直关注风力发电机的并网特性，早些时候对风电场的研究只是局限于特性的各种计算方式，或者是对风电场的稳定性进行研究，而对于风电场对电网继电保护方面的作用及短路期间，由于故障导致风电机所提供电流的特性没有进行研究。当风电场的电容量达到饱和或接近饱和状态后，风电场本身提供的电流可能会超过电厂系统本身所设定和提供的电流容量，这时电网就会发生故障，一旦电网发生故障会对电网设备的验证、继电保护配置进行选择，因此现阶段研究风电场对电网继电的保护作用是非常必要的。

一、风电场的保护作用分析

1 风电场对电缆、变压器及其周围区域进行保护

首先，风轮机塔的底面部分装有铠装的断路器，这个断路器是用来保护发电机和下垂电缆的；其次，从风力发电机变压器到风轮机塔的基柜都是用电缆进行连接的，用断路器或保险丝做变压器可以进行侧电缆保护；再次，对变压器及其周围区域进行保护，这时要考虑变压器的激磁浪涌电流问题，在检测故障时要灵活机动，一旦出现问题灵活处理。另外；当低压端出现故障导致电流较小时，如果保险丝不能有效的切除，可以考虑由分断开关进行切断。

2 风电场可有效接地进行故障保护

受到资源环境的限定，一般对风电场所处位置的选择是根据环境来定的，通常都会选择位置相对空旷、风力相对较足的地方，由于这部分地区空旷性很好，所以遭受雷击的概率也会相应增大，所以一定要做好相应的防雷措施，这时风电场可有效进行接地保护。所谓的接地保护就是要检测低压的绕组以及端部区域到地面的漏电流，对断电器的接地进行故障保护和过电流进行保护。

二、风电场对电网继电的保护

1 当风速发生变化时可允许短时电动机运行

风电具有间隙性，它与常规的配电网保护是完全不同的，风电场中的一部分元件通过的是双向潮流，而且风电发电机在有风的时候与电网是联系的，一旦风电场的风速在启动风速的附近发生变化时，会允许电动机进行短时运行，这是为了防止由于频繁的切换风电场的发动机组而导致接触器发生故障，在这一过程中需要注意的是：由于风速变化会改变风电场发动机的潮流系统方向，此时会容易引起保护装置的错误动作，这点需要工作人员注意。

2 限流电抗，短路电流无法送达出去

固定转速的异步发电机在进行并网运行发生短路故障的时候，风电场的电机各相电流会发生冲突，这时各相电流的冲突焦点会按照设备提前设定的指定规律进行有规律的衰减，直到衰减的结果为零。导致这种情况发生的原因是因为，一般固定的转速风电机采用的是最普通的感应电机，而这种最普通的感应电机中的转子模型只会考虑最根本的励磁支路，不会考虑其它。一般这种普通感应电机的短路电流是由两种初值来决定的，这两种初值包括定子的暂时电抗状态和定子绕组时候的非周期电流初值，先后的依次顺序为：定子的暂时电抗状态会由定子绕组的时间常数来决定，决定的数值也会按照设备一开始设定好的规律进行有规律衰减，当然短路电流的转动频率是由转子的转速来决定的。

3 双馈风力发电机提供的短路电流量很大

上述讲的是异步发电机的各相电流的特性，但是与上述普通的异步发电机短路特性不同，双馈风电机组的并网运行特性与定速风电机组的短路电流特性有很大的不同，当在发生短路故障的时候，各项电流发生冲突的焦点会按照设备原有设定的规律进行衰减，直到衰减的结果为零或者是衰减到稳定的短路电流状态，并且会在这个状态下持续运行。我们从双馈发电机的变速风电机组模型中可以看出，双馈电机的转子也只会考虑励磁支路，所以它的短路电流初值与上文初值界定是一样的，都是由定子的暂时电抗状态和定子绕组时候的非周期电流初值决定的，它的指数衰减规律，先后的依次顺序也为：定子的暂时电抗状态会由定子绕组的时间常数来决定，决定的数值也会按照设备一开始设定好的规律进行有规律衰减。

4 要根据有限的故障电流来识别故障

通过大量的研究发现，风电场的电流发生故障主要由于电流是由公用的电网提供的，所以说，我们现阶段研究的重点就是根据有限的故障电流来进行故障的识别、排查和检修。另外，通过对双馈风力发电机仿真系统进行模拟发现，风电场对电网继电保护的特性会随着故障点的不同和电网故障类型的不同而变化，所以说风电场对继电的保护不是一成不变的，如果风电场的电流保护长久不变，会严重影响对风电场的保护作用和可靠保障性，时间一长不仅不会起到保护作用还会起到破坏作用。因此，对于风电场电网的继电保护应该要适时、适度、适量，要根据电流短路的状态、发生故障的类型来设定恒定的保护数值。

结语

由于风电场机组容量的逐年加大，大规模的风电接入对电力系统的电能质量产生了极大的影响，所以近年来，风力发电机的并网特性一直被人们所关注，以往的研究只是集中在对风电场特性进行各式各样的计算，或者是对风电场的稳定性进行研究，而风电场对电网继电保护方面的作用及短路期间，由于故障导致风电机所提供电流的特性没有进行研究，因此现阶段研究风电场对电网继电的保护作用是非常必要的。

参考文献

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