新能源规模化接入的电网继电保护关键问题研究

郝兴宏

摘要：随着经济的发展，能源紧缺、生态环境污染等情况越来越突出，新能源的开发已经成为发展的必然趋势，包括：太热能、风能等，被广泛的进行开发和应用，以此优化我国的能源结构，建立新型的城市化建设。新能源规模化接入电网，因其具备的复杂性和特殊的运行模式，对传统点位的故极端和继电保护带来了一定的问题，影响到了电网的稳定安全运行。基于此，需要加强对能源电源的安全接入以及有效使用，确保电网安全稳定运行。本文对新能源规模化接入的电网继电保护中存在的关键问题进行了探讨。

关键词：新能源;规模化接入;电网;继电保护

1前言

全球能源紧张和环境污染，加快了新能源的开发和利用。将新能源大规模的接入到电网中，由于其存在的复杂性和特殊的运行模式，使得继电保护存在较大的问题，这就需要通过关键技术进行解决。在我国，利用新能源发电，获得了一定的成绩，新能源发电装机的比例保持平稳的上升。但是新能源大规模接入到电网中也常出现了较大的问题，继电保护不足等，进而导致出现安全事故。继电保护是电力系统的首要防线，是电网稳定安全运行的基础条件，因新能源大规模接入电网后，出现的故障特征，影响到了继电保护的功能，因此，需要对此关键问题进行有效的处理。

新能源电源具有多种形式，以并网方式作为依据，可以划分为：双馈型电源、逆变型电源。以双馈型风电机组和直驱式风电机组的风电场集中接入作为例子，对新能源大规模接入到电网后面，对继电保护的影响进行全方位评估，提出关键问题及改进方案。

2风电场集中接入电网结构

以双馈型风电机组和直驱式风电机组混合接入作为分析的出发点，对传统的继电保护性能评估。风电场集中接入电网接线，如图1所示：

根据图1所示：风电机组出口电压：0.6KV，利用箱式变压器，连接35KV电线，通过主变压器，将其升至110KV，和外部电网的连接则是利用高压联络线。不同了类型风电机组，可以在相同的集电线进行接入，母线低压侧连接很多条集电线。为了保证风电场及电网的安全运行，对各元件的保护性开展合理性分析和评估。

3联络线距离保护分析

风电场向电网进行输送中，需要以联络线作为通道，影响因素较大的市风电场短路电流特性。风电机组复杂故障电流特性及多变运行模式，影响到传统距离保护性，导致出现保护误动或者拒动。以提高保护性能作为目标，实施的改进措施包括：

3.2.1 新能源电源接入对距离保护阻抗测量元件影响

以风电场现场保护配置为依据，联络线配置的保护方式为：三段式。基于联络组测量元件性能和风电机组的类型、运行方式等因素，需要对差异性风电机组故障电流对阻抗测量元件性能影响开展分析和评估。对图1中的风电场实施等值处理，对双馈型电源对距离测量元件影响性能进行评估，以出现最不好现象进行考虑，把直驱风电机组退出运行。对直驱风电机组对距离测量元件影响性能进行评估，以出现最不好现象进行考虑，把双馈型电源退出运行。通过建立风电场集中接入电力系统的等值模型，（如图2所示），在同等条件下，风电场中，以单台双馈型电源替各双馈型电源，以单台直驱电机组替代各直驱风电机组。

假设联络线L3线路上出现了相间短路故障，故障电距保护安装位置的短路阻抗，以ZK表示，其公式为：

其中，表示的市相间，={ab，bc，ca}。基于此，测量阻抗可以明确的反映出故障点到保护安装位置的短路阻抗，保护可以正确的动作。

3.2.2 新能源电源接入对选相元件的影響

配置有故障的相元件在距离保护中，根据选相的结果，对阻抗测量元件进行合适的采用，以此确保准确的阻抗测量结果。大容量风场联络线，相元件性能直接影响着自动重合闸装置。建立含有双馈风电场接入220KV电网模型，评估各选相元件的性能。含有双馈风电场的电网结构，如图3所示：

双馈型电源，因为其不提供负序电流，因此，在负序等值电路中，此电源相当开路。如果联络线出现故障的时候，双馈型电源所提供的供电n侧保护安装位置的负序电压和故障点的电压类似。保护安装位置的零序电压相位和故障点零序电压相位大概相同，由此可以看出，电压稳态量选相元件的区分模式具有一定的效果。通过电压稳态量选相元件能够明确的将故障相选择出来。

4集电线电流保护分析

根据相关规定，合理配置集电线保护。但是对于集电线电流保护的整定计算，还没有形成统一性的规范。风电机组存在多变运行模式以及馈出短路电流特性的复杂性，影响到了方向元件的动作性能，基于此，需要对其的适用性开展有效评估。

电流保护I段整定值的公式为：

电流保护I段按保本线末端短路存在较高的灵敏度整定，保护的范围可以增加到箱式变压器压侧，对保护动作的速度形成影响，合理性还需要进一步验证。

电流保护II段整定值的公式为：

电流保护II段定值按照躲箱式变压器压侧最大短路电流整定，造成了对箱式边的远后备，缺乏足够的灵敏度，具有较大的安全风险，易发生安全事故。

选择本集电线风电机组运行方式、其它集电线风电机组运行方式、外部系统运行方式，对短路电流Imax的影响进行分析，以此为运行方式的合理性选择提供根据。

风电场现场利用方向元件，通常为：传统九十度接线方式的功率方向元件，利用对比测量电压以及电流的相位，对故障的方向进行判断。基于风电机组多变运行模式及馈出短路电流特性的复杂性，对方向元件动作性能存在不良影响，需对此开展有效的评估。

5差动保护分析

电流差动保护具有比较好的灵敏度，运行受影响因素烧，因而被广泛的应用到了高压线路保护中，在具体的项目中，利用电流差动保护作为风电场联络线路的主要保护，通常还会配置分相电流差动保护以及零序电流差动保护。新能源电场接入对差动保护的影响，主要考虑到虑撬棒保护动作的故障电流特性、计及励磁调节特性影响的故障电流特性。

差动保护被用于变压器的主保护，其优点在于：动作的速度块、选择性好等，对比于线路电路差动保护，变压器的差动保护，通常会配置谐波制动的功能，主要是为了避免出现励磁涌流导致的保护误动。故障电流特征对差流波含量出现变动具有一定的影响，不利于变压器保护的整体性能。

6结束语

新能源电源规模化接入电网后，对传统继电保护形成了影响，出现不利的情况，进而造成出现电流保护出现误动及拒动失效，基于此，则需要加强对新能源规模化接入电网继电保护关键问题的分析和评估，并提出改进的措施，进而保证电网安全运行以及可靠供电。

参考文献：

[1]王璨，侯强，单莹.基于新能源接入的配电网可靠性评估[J].自动化与仪表，2021，36（11）：6-10.

[2]李其军.大规模新能源接入电网的思考[J].中国电力企业管理，2021（27）：42-43.

[3]晏开志.探讨新能源接入对智能配电网的影响及建议[J].电子元器件与信息技术，2021，5（05）：72-74.

[4]高振亚.电网规划中的新能源接入影响分析[J].现代工业经济和信息化，2021，11（02）：69-70.

[5]赵炜.新能源并网对电网的影响及对策[J].河北电力技术，2018，37（05）：25-27.

[6]宋兵.新能源接入对继电保护及安自装置的影响浅析[J].电子测试，2017（20）：116+115.

[7]葛红玲.新能源接入对电网继电保护选择的影响[J].科技展望，2015，25（13）：107.