大规模风电接入的继电保护问题综述

计海明

摘要：改革开放以后，我国提出了可持续发展、绿色发展观念，受可持续发展观念的影响，许多自然资源被运用到电力的供应方面，并且风力资源被大量运用。继电保护是整个电力网的首要防线，一旦电网运作出现状况，继电保护就会首先发挥其保护作用。本文主要研究分析大规模风电接入的继电保护问题，以及解决这些问题的具体措施和对策。

关键词：大规模;风电接入;继电保护;问题

继电保护位于电网保护的首位，他能够在电网运行发生故障时快速的隔离故障，并对整个电网进行有效保护，确保同一故障不会再次发生，并保障电路从新正常运行。我国的继电保护问题主要存在于三个方面，其一，风电机组以及风电场的故障特征分析;其二，风电场集电线路及网络的继电保护问题;其三，大规模风电接入输电网的继电保护问题。

1 风电基地继电保护配置

1.1风电场继电保护配置

风力发电机组中主要包括高频或者是低频的保护、电网故障保护等。当其中的保护装置开始运行之后，就会发出动作的信号，然后依据故障自身所具有的性质来将故障进行切除;同时，将故障部位从发电机组中退出来。

1.2风电短路特性

在对电网的侧故障进行详细分析之后可以发现，风电场中的侧故障电流所具有的特性和常规放电机组所具有的特性是不同的。某风电机组中使用的机组有部分是鼠笼机，此种机组具有定速的特性，在基地不断建设的过程中，使用鼠笼机的数量逐渐地减少，此种情况下，双馈机以及直驱机所占比重逐渐提高，其中使用数量最多的是双馈机组。双馈机组可以充分地利用变频器，以此来实现电机交流的目标，而其中的变频器只能进行供给装差，这样就可以大大降低容量需求，发电系统可以按照风力机的转速来对调节电流的频率，达到恒频输出的目标，对励磁电流进行改变之后，其幅值会发生变化，影响到发电机的有功调节。当风电发生短路故障的时候，其中的电流会发生变化，并且根据规律来进行递减，在最后，故障会变成稳态短路，在这个时候，双馈机组可以暂时为风电机的运行提供电流。

2大规模风电生产问题概述

该风力发电厂位于我国北方某地区，其风力发电规模大，是当地电力生产环节中的重要组成部分，但与此同时，该风电场的电气设备故障频发，严重影响了风电生产的安全性。总体而言，该风电场主要存在以下几点问题。

2.1目前该风电场的35 kV集电系统均为不接地系统，允许待单相接地运行1～2 h。从应用来看，这种接地方式源于配电系统设计，适用于接地电流小的架空线路，难以有效满足电缆与架空线路混合的发电系统连接方式。由于这种接地方式难以满足小电流选线装置的性能，也不能及时发现小电流选线装置在运行过程中出现的单相接地隐患，会导致故障扩大。对风电场而言，小电流选线装置动作率低是一个“老问题”，这种背景下，故障线路与非接地电路仅能通过微弱的电容电流，难以选定发生接地的线路，严重影响了风电场对接地故障的查找与修复能力。

2.2目前，风电场使用的风电机组主要为鼠笼型异步发电机与双馈型异步发电机组，两者的主要区别十分明显，其中，在鼠笼型异步发电机接入电网时，释放的有功功率需要电网中的无功功率来保证励磁效果。另一方面，由于双馈风电机主要为绕线式异步电机结构，其突出特征就是转子侧为三相对称绕组，在设备运行过程中，主要经背靠背的脉宽调制双向电压源变流器与电网相连，以提供交流励磁。目前，该风电场的鼠笼型异步发电机缺乏必要的励磁结构，导致电网出现短路故障时，不能为风电机组提供励磁，导致一旦出现短路故障后，所提供的电流快速下降，无法向电网提供稳定电流。而双馈风电机组的短路在同样的故障情况下，其短路电流的瞬间输出值明显小于鼠笼型异步发电机，但其提供的电流更为稳定。

2.3风电场的常规保护效果良好，尤其体现在纵差性能优异方面，但由于波动性能源并网，会导致大量电子元件的应用方式发生变化，降低了原系统的灵敏度。

究其原因主要为：风电并网后受到控制系统条件、弱馈等多种因素影响，导致原有的故障分量提取方法、叠加原理等不能满足当前生产要求，并且原有结构中的选相单元、距离等也受到影响，最终导致该问题的发生。

3大规模风电接入的继电保护策略分析

电力系统为保证接纳大规模风电，落实电网运行的安全管理条例，在管理工作中主要从设计、建设、维护等诸多环节进行控制，其在操作过程中重点开展以下工作。

3.1分析重合闸方案

考虑到该地区电网（尤其是并网线路）的重合闸对风电机组的影响十分明显，因此，在制定继电保护策略中，要重点分析重合闸方案。从该风电场对故障位置、故障电阻的不确定性而导致的故障电压参数来看，由于故障电压不同，导致即使电压在小于20%的额定电压时，风电机组保持着LVRT功能也会出现全部跳闸情况。

3.2充分考虑风电场故障的特征与保护配置

风电场35 kV集电系统的中性点接地方式不利于保证风电场的运行安全，因此需要对其进行相应的控制。同时，风电场有1条35 kV集电线路的电流小于10 MW，并且不会直接影响用户，对电网的影响较小。因此，在故障切除过程中，要按照防止故障扩大的原则选择机电系统接地方式;对于新建风电场，需要采用电阻接地方式，并根据具体的生产环境完善相应的接地故障保护措施。另一方面，若风电场集电系统不接地，需要配置相跳闸功能小电流接地装置，确保能在单相接地后快速切除故障，若经过上述处理后没有成功，则需要跳开主变低压侧开关隔离故障，以降低故障对系统运行的影响。

3.3做好风电及其并网的运行维护与故障管理要求

风电场监控室设置有相应的监控系统，包括故障录波装置、相能测量系统等，用于记录风电系统主要电器数据，明确电网系统的开关、保护动作等。最后，为保证系统功能分析结果，该风电场在管理中主要结合全场机组主要设備的型号、低电压穿越功能投退状态等参数，保证系统能快速获取继电保护工作中的各种状态，为后期的继电保护管理提供大量数据，这对保证系统安全性的意义重大。

结束语

我国大规模风电基地在实际运行过程中所遇到的问题，及时警醒了我们，使我们可以清醒的认识到大规模风电接入对继电保护的影响。面对此种情况，在坚定不移使用大规模风电的过程中，应该根据我国的气候条件和实际的发展情况，大力发展低碳经济，在此基础上稳定的发展风电。同时，应该总结经验，对现有大规模风电接入对继电保护产生的影响进行深入地分析，并寻找出有效的解决措施解决问题，降低大规模风电对继电保护的影响，在实现当前社会对电能需求的同时节约能源。

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