适用于新能源规模化接入的电网继电保护关键问题研究

胡 馨

（云南电网有限责任公司昆明供电局）

1 新能源电源的主要类型及应用特点

1.1 双馈型电源

双馈型风力发电机组是风力发电组的重要组成部分，它是将定子与外部电网直接进行紧密的连接，而转子则是通过交—直—交的三相转换器进行交流励磁，它的电磁功率可以在定子、转子两个通道与电网连接交换之后得以实现，所以被称为双馈型电源（如图1所示）。双馈型电源的转子励磁变换器的常用形式是背靠背的三相两点平电压型，其结构大多是脉冲宽度调制转换器，根据位置的实际情况来区分，两个PWM变换器分别是网测变换器以及转子侧变换器。当外部环境发生变化时，风速就会影响到转速的变化，而转子励磁电流的频率得到有效的控制和管理时，定子输出的频率就会保持在恒定的状态［1］。所以，无论发电机转速发生何种变化，只要充分利用DFIG，就可以将输出的频率始终控制在恒定不变的状态之中。

图1 双馈型风力发电机组的拓扑结构

1.2 逆变型电源

新能源电源中还有一个较为重要的电源类型，那就是逆变型电源，它主要包含了太阳能光伏电源、永磁直驱风电机组、燃气轮机电源以及燃料电池发电系统等，它是如今市场上最为常见的新能源之一。太阳能光伏发电技术是充分地利用太阳能电池的特性将太阳能直接转换为电能的可再生清洁能源的现代发电技术，它的优势在于不会对环境产生任何污染，并且使用的过程中具有较高的安全性以及可靠性。根据电力系统的特性来说，光伏电源可以分为独立型光伏电源以及并网型光伏电源，独立型光伏电源是独自运行的发电系统，一般不与常规的发电系统进行联系的装置。并网型光伏电源是由众多的装置共同组成而发电的，只要是空旷的地方都可以将其建立，空旷的地方具有较高的光伏，有利于建立规模化的光伏发电站。并网型光伏电源主要是通过逆变器与交流电网互联之后得到电源，因此，也属于逆变型电源的其中一种（如图2所示）。永磁直驱风力发电机组的发电原理是将风能转化成交流电之后，将整流变成交流，在逆变器上通过变换成为三相频率恒定的交流电，接着将其输送到电网，接着在中间环节控制电网系统的有功和无功的功率，进而将风能发挥出其最大的效率。燃气轮机电源主要是将空气进行升压，进而在热交换器加热，接着与燃料进行充分的混合后就可以燃烧，通过涡轮机中的燃气推动发电机发电。

图2 并网型光伏电源

2 适用新能源规模化接入的电网继电保护应用

2.1 双馈型电源的应用

基于双馈型电源的结构比较繁杂，并且在运行的过程中会发生比较复杂的故障问题，所以要充分地考虑和掌握某些不对应的故障条件，进而了解和掌握不同类型的低压电穿越控制措施，还有二次倍频分量等各种各样的影响因素。充分考虑到双馈型电源故障特性的复杂性，相关部门和技术人员要针对这一问题，在电网继电保护的工程实践过程中，有效地应用陷波器将正负序分量技术的特点最大程度地提取出来，以此更好地应用到双馈型电源继电保护中，在此过程中，相关负责人员还要充分考虑到陷波器的重要作用，将其加入电网继电的控制系统结构后，要最大程度的对转子变频器励磁调节控制发挥出其最优价值，将陷波器的影响程度降低到最小的力度［2］。在电网继电保护关键问题中，相关的负责人员要在结合定子电压方程的基础上，形成一个适用于不同控制策略的双馈型电源形式，以此更好地将电源短路电流的问题进行统一的、全面的以及系统的分析和研究。在充分应用和发挥双馈型电源短路电流统一解析表达式的作用和价值后，还可以在不同的低电压穿越控制策略中有效地应用统一解析表达式，在很大程度上为新能源电网故障问题分析以及继电保护工作提供安全、可靠和准确的数据支持。

2.2 构建不同类型的新能源电源等值模型

相比较传统的交流同步发电机的故障性能，新能源电源的故障电流特性与其存在着非常大的差异，因此，传统的电网故障问题计算方式是无法用来有效解决新能源电源接入之后电网继电保护的关键问题，进而不能有效满足其需求。在这种情况下，要求相关负责人员在充分地了解和掌握新能源电源各种类型的实际情况基础上，进行针对性地构建不同类型的新能源电源等值模型。在了解和掌握新能源电源等值的基础上，构建相应的受控电源电流模型，因为新能源的电流值与接入节点电压之间存在着紧密的联系，两者之间的故障问题并不能用统一解析表达式将它们的数据求解出来［3］。在三相对称电网上（如图3所示），可以有效地应用对称分量法以及接点电压方式，使得相关的工作人员可以有效开展对电网电源短路电流以及电压的计算工作。而对于一些不是特别平衡的且规模较大的三相配电网来说，相关的工作人员需要采用向量分析方式对短路电流跟电压的故障问题进行科学合理的分析和计算，更需要其在开展继电保护的过程中，在有效结合新能源电源接入类型的基础上，构建具有针对性的故障计算模型，这样的方式在很大程度上有效满足了电网短路的计算工作需求以及电网继电保护关键问题的需求。

图3 含不同类型新能源电源接入的对称电网示意图

2.3 新能源接入后电网继电保护性能的系统评估

将新能源电场有效且集中地接入到电网中，其特有的复杂故障电流特性以及间接性的运行模式，在很大程度上对传统的电网继电运行过程中对其保护性能产生较大的影响，更重要的是也会对整个电网运行过程中的安全性、稳定性以及可靠性等造成非常严重的影响，非常不利于人们生产生活的正常进行。因此，相关工作人员要充分地针对新能源电源的情况，在电源集中接入后对各种组件之间的距离进行有效的保护、选相元件以及电源电流的保护等各个方面的基础上，开展科学合理的电网继电保护系统全面评估工作以及分析工作，进而在一定程度上有效地保障短路电流的计算误差被控制在合理的范围之内，有效地提升电网继电保护系统的评估效果以及工作质量［4］。并在此基础上对电网继电保护采取有效地措施，以此有效地提升我国电网系统运行过程中的安全性、稳定性以及可靠性。

3 结束语

综上所述，随着我国能源紧缺问题的日益加重，将新能源电源接入到配电网中是一个有效地应对方法，也对我国在电网继电保护工作方面提出了更高的要求。对于将新能源接入而对传统的配电网继电保护工作产生的不利影响，相关部门以及相关技术工作人员要积极采取有效地应对措施予以解决，以此保障将新能源规模化接入传统配电网系统后，能够使其具有良好的运行状态，以此为人们的生产生活提供正常的用电需求。