大规模风电接入对继电保护的影响与对策

摘要：随着我国经济的快速发展以及人们的生活水平不断提高，人们对电能的要求日益增多。当前我国出现了严重的电能资源缺乏现象，因此我国采用了风力发电的方式来解决电能紧缺问题。但是随着大量的风电接入，我国的继电保护受到一定程度的影响。文章探讨了大规模风电接入对继电保护的影响与对策。

关键词：风电接入；继电保护；电能资源；风力发电；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM77 文章编号：1009-2374（2016）34-0108-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.053

针对我国电能资源缺乏问题，风力发电逐渐得到人们的重视，且有效地解决了当前的问题。随着风电的大规模应用，一系列问题随之暴露出来，同时对我国的继电保护提出了更高的要求。继电保护在电力方面具有举足轻重的作用，因此为了确保电力系统有条不紊地运营下去，应重视继电保护。但是，随着大规模的风电接入，相应的继电保护受到了一定程度的影响。故本文首先对风电基地源保护配置进行了探讨，其次对其中出现的问题进行了分析，最后提出了相应的解决对策。

1 风电基地继电保护配置

1.1 某风电接入系统状况

本文以某风电基地为例对风电接入系统状况进行分析。具体如图1所示：

1.2 风电场继电保护配置

风力发电机组涵盖着各种继电保护装置类型诸如高频或者低频保护、欠压或者过压保护。保护装置会出现相应的信号，同时针对故障类型，其会自动做出相应的动作进而切除故障或让风力发电机组退出。

箱式变压器配置分为高压和低压两种类型。高压往往会配置熔断器，低压配置电流断路器。高压熔断器具有短路保护的作用，低压中的电流短路器起着过载保护的作用。

1.3 并网线路继电保护配置

通过图1可以看出，并网线路的性质是单向线路。该线路由于存在着光纤纵差等原因，因此需对其进行保护。一般来说，当并网线路中的单线和电压发生改变时，电网就会对单升压有所保护。

1.4 风电短路特性

对电网的侧故障进行研究之后，可以得出，风电场侧故障电流和常规放电机组的特性存在差异之处。该风电基地的机组依然采用的是鼠笼机。该机组的特点是定速和定浆的。从当前的情况可以得出，在基地的建设中，采用鼠笼机的比例有所降低，而双馈机和直驱机的比例有所上升，并且应用数量较多的是双馈机组。

双馈机组能够借助于变频器来完成电机交流的任务，而变频器的作用是能够确保供给，进而使容量需求有所降低。发电系统根据风力机的转速使电流的频率有所变化，进而完成恒频输出的任务。一般来说，当风电出现短路故障时，其电流也会发生相应的改变，同时在一定规律的指导下，发生依次递减的现象，最终该故障就会成为稳态短路。而双馈机组就能够为风电机的运转提供电流。

1.5 机电保护性能分析

借助于上述对继电保护装置的阐述，可以得出现有的继电保护是可以达到风电机组运行的目标。通过对当前的情况进行分析，可以推断出小电流选线的正确率不太高，一旦小电流选择的线路出现错误时，就会导致在故障发生的第一时刻无法有效地完成线路的切除工作。同时，机电保护和风电都在一定程度上影响了线路的继电保护。风电场从零到恒定之间会出现一定的变化。该变化发生以后，电流就会被固定在20%～30%范围内。一旦电流被固定在一定的范围和风电场发生短路故障时，电流的获取量就会有所降低，导致其灵敏度不高。

2 大规模风电接入中存在的问题

由于大规模风电接入到继电保护中，会出现一定的问题。因此本文对所出现的问题进行了分析，具体如下：

第一，当前所有的风电场所采用的集电系统大都是不接地的，且带单相接地的运行时间不能超过2h。借助于配电系统的设计，而获取了这种接地方式。该接地方式能够应用在电流相对较小的架空线路，但是架空线路和电缆混合的系统接线方式不太科学。另外，在所配的小电流装置选线的正确率不太高，未能有效地对单相接地隐患有所发现，进而使故障更加严重。

小电流选线装置动作率低是经常出现的问题。在中性点小电流接地系统中，通常在故障线路中仅有相对较弱的电流，未能有效地查出是哪一条线路发生故障，这就给查找和修复造成一定的难度。

第二，通常主网继电保护装置是相对完整的，当该装置出现问题时，能够及时地发现问题进而解决问题。意思就是，当主网继电保护装置出现问题时，应对该问题发生的原因进行有效的分析，然后借助于分析的结果来解决当前所出现的问题。若该问题发生的时间会持续到0.1s时，就会给风电场带来非常大的影响。一旦这种情况发生，就能够得出这两次的电流故障是不一样的，如图2所示。通过该图，可以看到风电机组中的短路特性、CROWBAR和风机出力的大小具有较强的联系。

在完成一系列的常规保护工作时，应注重纵差性能的特点。能源并网往往是具有波动性等特点，其会采用较多的电力元件，同时该方式会有所变化。这种现象的发生使灵敏度有所降低。尽管该现象经常发生，但是到目前为止，依然还没研究出新的原理来对其进行保护。风电并网的弱馈性，使之前的分析方法都接二连三地被淘汰，且元件的选取受到了影响。故针对常规保护方面的工作，应该得到学者的认可和重视。

第三，两侧保护在一定程度上有所影响，当风电接入到继电保护的过程中，两侧保护在一定程度上都会受到影响，进而使隔离系统发生侧短路限流的情况。另外，风电接入到继电保护过程中，会出现解列现象，解列的时间和负荷都会受到一定程度的影响。当风电场输入电流时，短路电流会出现跳开现象。这种情况一旦发生就应停止短路电流的输送。

3 大规模风电接入对继电保护的对策

根据上述所阐述的影响和问题，本文提出了一些措施，具体如下：

第一，根据上述可以得出，重合闸是影响大规模风电接入对继电保护的重要因素。为了能够对重合闸进行有效的分析，本文对其瞬时和永久故障原理进行了探究。比如，当线路运行发生问题，且假设风电场具有LVRT能力，线路将会出现不一样的问题。故障发生的位置不同，故障电压就会存在差异。若电压小于标准电压值时，风电机组就有了LVRT能力，但是跳闸现象仍会发生。针对该种情况，借助于故障穿越来使该问题得到解决。换句话说，大规模的风电接入到继电保护时，应完成超过两次的零电压穿越。但我们应要明白，每次零电压穿越的时间不能超过100ms。若是为了达到该效果，其不能超过125ms，这种做法不仅使风机的风险有所降低，还能够减少大规模风电在接入继电保护的过程中的伤害。

第二，根据上述的分析可以知道，中性点的接地方式是影响35kV继电系统的重要因素。通常，风电场的功率密度是不太高的，范围大概控制在10%～40%之间。比如，当风电场中线路的功率不超过10MW时，其对用户未能造成一定程度的影响，同时风电场和电网的影响也不会太大。另外，我们应该注重配电系统对供电网的影响。如果将线路切除的话，用户就不能正常使用电能，故为了降低大规模风电接入对继电保护的损害，应使用继电系统故障快速切除的方式来使该问题得到解决。在建设风电场的过程中，应将以往的接地方式转换成电阻接地，同时采取相应的措施使故障保护有所提高。

4 结语

综上所述，可以得知大规模风电接入继电保护的过程中存在着较多的问题。这些问题的出现及时地提醒了我们，使我们能够对大规模风电接入对继电保护进行更深入的研究，并找出相应的问题。因此，本文结合笔者的亲身体会，首先从风电系统接入状况、风电场继电保护配置、并网线路继电保护配置、风电线路特性以及机电保护性能五个方面对风电基地继电保护配置进行了阐述；其次对大规模风电接入中存在的问题进行分析；最后提出了大规模风电接入对继电保护的对策。本文的研究只是结合了笔者的经验进行了大规模风电接入对继电保护的影响与对策分析，希望本文的研究不仅能够给研究该领域的学者们提供理论上的支撑，还能够为在企业的人员提供帮助。

参考文献

[1] 何世恩，姚旭，徐善飞.大规模风电接入对继电保护的影响与对策[J].电力系统保护与控制，2013，（1）.

[2] 张保会，王进，原博，郝治国，黄仁谋，王小立.风电接入对继电保护的影响（四）——风电场送出线路保护性能分析[J].电力自动化设备，2013，（4）.

作者简介：陈海军（1972-），女，宁夏人，国网宁夏电力公司检修公司技术专责，研究方向：科技信息。

（责任编辑：王 波）