继电保护受大规模风电接入的影响与对策探究

倪文思

摘 要：风电接入有效地缓解了国内电力资源先天不足的情况，但大规模风电系统的应用也暴露出一些问题，且对继电保护提出了更高的要求。对风电接入系统中的继电保护配置进行了分析，并在此基础上，就继电保护受大规模风电接入的影响以及应对策略，仅供参考。

关键词：风电接入；继电保护；风电场；并网线路

中图分类号：TM774 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.084

文章编号：2095-6835（2016）20-0084-01

继电保护在整个风电系统中的应用作用不可小觑，想要保证风电系统的正常运行，继电保护至关重要。

1 风电接入继电保护配置分析

1.1 风电场

对于风力发电机组而言，其包括高频、低频以及电网故障等保护形式。当保护装置运行以后，会有动作信号发出。此时，根据故障性质切除故障。在此过程中，还要将故障位置从发电机组内有效地退出来。对于箱式变压器而言，其配置相对先进一些，包含了熔断器，可实现全范围的保护。

1.2 并网线路

对于并网线路而言，其性质为单项线路。该种线路上有光纤纵差，需距离、高频保护。当单线、单压发生变化时，电网侧面距离即对单升压产生保护作用。

1.3 风电短路

通过分析和研究电网侧故障问题可知，风电场侧故障电流的特性和常规放电机组特性存在着较大的差异。比如，某风电机组内采用的机组有一些是鼠笼机，该种机组可以定速、定浆；在基地建设和发展实践中，鼠笼机的应用不断减少，取而代之的是双馈机、直驱机，尤其以前者为重。从应用实践看，双馈机组可有效利用变频器，这有利于电机交流目标的实现，其中，变频器仅能供给装差，从而有效减小容量需求。同时，发电系统能按风力机转速对电流频率进行调节，使之恒频输出。改变励磁电流以后，其幅值就会发生一定的变化。此时，便会对发电机有功调节造成影响。如果发生风电短路故障，电流就会随之出现变化，根据规律递减，双馈机组暂为风电机提供电流。

1.4 机电保护

基于以上对继电保护设备分析发现，目前，已有继电保护可有效满足机组的运行要求。在该种情况下深入分析可知，其主要问题在于小电流选线正确率相对较低。一旦小电流选线不正确，则在故障问题发生时及时切除线路具有难度。此外，机电保护的问题还表现在风电对并网线路继电保护产生的影响非常的大。风电场从零至额定值会产生一定的波动。该种情况下，其电流通常局限在20%～30%；保护电流受到限定以后，风电场短路。此时，获取的电流减少，灵敏度必然会受到影响。

2 继电保护风电接入产生的影响分析

2.1 小电流故障难选线

国内多数35 kV集电系统均为不接地系统，单相接地的实际运行时间一般在1～2 h，该种接地方式主要依赖配电系统。通常情况下，这一系统比较适合于那些接地电流相对较小的线路。实践中，如果将这一系统应用在架空线路、电缆混用发电系统之中，则其接线方式就会表现出明显的不合理性，且难以有效满足需求。由于系统配置电流设备选线的正确率较低，因此，相关人员难以及时察觉单相接地存在的问题和安全隐患，导致故障问题恶化。为了避免故障问题恶化，需要利用暂态信号完成故障选线，打破传统的思维模式，达到小电流故障选线困难降低之目的，且还要不断提高整个风电机组的安全性、稳定性。

2.2 风电机组出现短路

从理论上讲，电压配置较高时，系统运行会更加的稳定、可靠。330 kV及以上主网继电保护较为完善，事故切除率可达到100%.然而，一旦主网出现短路事故，则整个风电场并网点电压就会受故障性质、故障点电气距离影响。如果故障持续时间不超过0.1 s，则在1 s延迟后会出现重合现象。短路电流、初次故障之间存在着较大的差异，且其本身具有一定LVRT能力的风电机组也不一定可以成功完成二次冲击。从这一层面看，短路特性与其LVRT能力以及风机出力与控制策略密切相关。

3 继电保护接入大规模风电场的方法

3.1 加强对故障电流波形的研究

对于实践中存在的继电保护装置而言，保护重点在于短路电流本身的衰减特点、最大值等，对保护产生的影响集中表现在继电保护整定以及配合方面的考虑。一般而言，故障暂态滤波算法、波形特点对继电保护产生影响非常大，还会直接影响整个工频电气量的计算效果。因此，应对短路故障问题引发的电流波形变化进行分析，并对继电保护全面分析。

3.2 加强自动化建设和对风电操控管理

对于风电场继电保护而言，其时限与继电保护方案的制订应结合电网保护系统的实际情况。在风电和电网接入管理过程中，对涉及电网保护以及风电场配置的整定应由不同部门负责，且各部门之间应加强交流和协作，这有利于及时发展和解决因定值问题而造成的意外脱网故障问题。同时，还应对加强后备保护以及电网自动重合闸的管理，在紧急状况下及时切断故障点，提升保护与风电场管理工作的协调性，构建高效的继电保护体系。

3.3 对集群线路加强继电保护

调查发现，风电场机组所提供的短路电流不连续，导致短路电流的波形很可能会因模块的影响而产生较大的变化。在该种情况下，如果对电网短路电流情况不予以全面考虑和分析研究，通常情况下很难对故障问题进行识别、及时隔离。值得一提的是，如果因电网应用而出现短路电流，则应对及时对整个系统保护的延时配合、定值配合等相关问题进行综合考虑、分析研究。究其原因，主要是因为故障问题的排除时间长，导致整个电力系统、风电场系统的稳定性较低。因此，应及时对风电厂线路运行过程中的故障问题及其特点进行综合分析，并在此基础上，不断完善集群线路以及风电场继电保护方案。

4 结束语

总而言之，从国内风电场的发展现状来看，风力发电在电力企业和事业发展过程中起到了非常重要的作用。在电力企业的发展过程中，应构建智能化的电网系统，结合较大规模的风电接入解决继电保护问题，从而有效避免电力系统出现脱网问题，保证大规模风电接入，有效提高整个电网系统的运行安全性和可靠性，为国内电力事业的可持续发展保驾护航。

参考文献

[1]喻婷.浅谈大规模风电接入的继电保护问题[J].企业技术开发，2016（02）.