大规模风电接入对继电保护的影响与对策何海翔

大规模风电接入对继电保护的影响与对策何海翔

何海翔

（国网江苏省电力有限公司南京供电分公司江苏省南京市210000）

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：大规模风电接入；继电保护；影响与对策

一、风电场及风电机组的运行特点

风电场主要是由风电机组、集电系统、升压站及厂用电系统组成，其中风电机组一般是选用异步发电机，风电场中有很多个风电机组，在将电能送入升压站前，先要由集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来，最终汇集为一条35KV的架空线路。

由于大量应用了异步发电机，当并网运行时，需要从电网中吸收大量的无功功率，所以为了减轻电网无功负担，提高供电质量，在每台风电机端都配置了电容器组。鉴于异步发电机的运行特点，当风速及风力机输出功率发生变化时，注入电网的有功及吸收的无功功率都会发生变化，进而造成风电场母线及并入电网电压的波动。尤其是在并网时，风电场会瞬时吸收大量无功；而当风速剧增或系统发生故障造成脱网时又会造成电网电压的骤降，由于机端电容的补偿作用在脱网前提高了风电场运行电压，脱网时会进一步加剧电网电压下降幅度。

二、风电场和风电机组的故障特性

风电场和风电机组故障特性主要含有稳态与暂态短路电流衰减特征分析、波形分析、电流大小计算等内容。和以往传统的同步发电机相比，多数风电机组都是利用感应式的异步发电机，它们的转动时间常数与转动惯量都较小，也没有励磁装置，所以，故障特征和同步发电机与很大区别。尽管永磁直驱机组是同步发电机，然而因为利用换流器的并网，使它的故障特点与换流器有紧密联系。同时，电力电子设备的保护方法及低电压的穿越特征都增加了控制要求，使得风电机组的电磁暂态过程变得更加复杂，进而对继电保护性能产生影响。以往传统的电力系统继电保护是建立在三相对称系统与发电机电源基础上的，通常都是假设故障发生时，同步电机运行状态及运行参数不做丝毫变化而计算出短路电流衰减特征与电流大小，再根据这些特征整定继电保护原理和选择开关设备。目前，风电机组中异步发电机多是鼠笼式的异步电机和双馈式的异步电机，鼠笼式的异步电机定子可以直接连入电网，发出有功功率过程中会从电网内吸收无功功率励磁，双馈式的异步电机的定子侧能够直接连入电网，转子侧是三相对称的绕组，利用脉宽调制变流器和电网相连接，进而给转子侧带来交流励磁。鼠笼式的异步机组因为没有专门的励磁结构，所以，当电网出现短路故障后，系统不能再提供励磁给机组，短路电流就可以立刻衰减最后降至零，最终不能连续提供短路电流给电网。而双馈式的风电机组因为转子侧变流器的作用，故障切除时能够保持系统连续短路电流。

三、大规模风电接入对继电保护造成的影响

3.1继电保护配置

在电力系统的正常运行时，升压变压器必须要进行调整，大规模风力发电接入时，变压器一定接地，但这样进行处置，联络线的零序会被改变，降低了继电保护器的灵敏度。弱电装置的安装对整个电力系统的稳定有重要的作用，但是这种装置的成本比较高，很多企业没有安装这种装置，但这样电力系统的运行就不会稳定。但现在也没有其他的解决办法，所以对继电保护的配置还需要在进行研究。

3.2电力系统的整体设计

在大规模的风电接入中，整体设计的不完善是其产生问题的主要原因。电力系统本身就有很多的设备设施和执行方案，但这些设施和系统在一个电力系统中运行，并不一定都适合，所以在设计设施和方案时，一定要多方面的进行考虑，不能出现设备与操作方案的不适合的状况，现在的电力系统的规模比较大，如出现问题，那对电网的影响也是很大的，所以在实际的设计中，对电力系统要全面的了解。现在我国的变压器与变电器的连接是先将变压器升压，然后进行电力传输，有关配电网的保护并没有改变，这样，配电网的就有可能出现故障，各方面也容易受到影响，极有可能出现跳闸的情况。

四、大规模风电接入对继电保护的对策

风电接入的大规模性，必然会影响继电保护。大规模的风电接入存在的问题需要我们采取一定的解决办法，使其稳定的运行。具体的实施有几个方面，笔者将从具体的实施办法入手，多方面的分析其解决策略。

4.1了解各种影响因素，综合设计

传统的风电系统对大规模的风电接入难以适应，要想电网稳定的运行还需要从业人员对电网运行方面的问题要全面、多角度、深层次的了解，根据电网运行的实际情况进行分析，制定设计方案，改善大规模风电接入对几点保护产生的影响。对于风电接入的每个环节都要考虑清楚，每个环节要有专门的人进行管理，对每个阶段都要有有效的把控，如，输电方式的选择、保护措施的调控。对于可能出现的状况要进行分析和预案的制定，避免事故发生时，毫无准备，影响正常的电力输出。

4.2明确故障

对于风电接入的故障问题一定要明确，故障的发生原因一定要明确并制定适合的方案，这样准备好，将可能出现的问题都列出来，预案的制定不能只制定一套，要准备多种预案，这样才能做到有备无患。如，跳闸是大规模的风电接入一定会出现的情况。这种情况可以根据故障穿越要求来解决。具体的实施办法就是在控制好时间的前提下，多次的零电压穿越，对于这项条件的实施的时间就是100～125ms。这样做就可以使大规模风电接入的影响减小。

4.3保护联跳措施

对于跳闸现象我们可以采用联跳的措施。在风电机运行之前，我们可以在风电机的两侧进行保护联跳装置的安装，将短路电流和继电保护连接，当出现事故时，这种装置就会阻断电流，保护电路。这样装置的设置，使继电保护在出现跳闸的事故时，不会受到影响，电力系统仍能稳定的运行。线路是直接影响用户用电的传输方式，一旦出现事故，可以采用切断线路的方式进行事故处理，避免给其他用户造成影响。而新厂建立时产生的故障可以采取接地的方式解决。

4.4电场集群线路的开发

当风电机短路时，由于无法提供短路电流，从而产生事故。而电场集群线路的开发可以解决这一问题，电场集群线路的开发可以为短路提供电流，使各系统不受到影响，保证电力系统的稳定。

4.5继电保护与风电场操作系统的配合

风电场的操作系统和继电保护一定要相互配合。风电场的电网保护一定要与电场的操作系统相吻合，避免脱网故障的发生。继电保护与风电场操作系统并不是一个部门，但在工作中要相互沟通，共同构建电力继电保护系统。

结束语：

随着风力发电的广泛应用及风力发电技术的迅猛发展，风电场容量呈增大趋势，未来我国电网里风电电源比例会更高，但我们应该注意风电接入给电网继电保护带来的影响，特别是近几年一些风电基地脱网事故，因此踏踏实实的发展风电是我国发展低碳经济、保证能源安全的必然选择。风电系统的安全性是系统性问题，运行与管理风电基地时，比不断分析实际问题，总结以往经验，充分考虑并深入研究设计、运行、管理等各个方面，制定切实可行的办法，确保风电健康稳定发展。

参考文献：

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