风力发电对电网继电保护及自动装置的影响

风力发电对电网继电保护及自动装置的影响

穆峰

穆峰

（中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽合肥230601）

摘要：随着经济发展，我国对新能源的需求，特别是电力资源的需求越来越强烈。风力发电是依靠风的随机波动而进行发电，因此风力发电的输出也具有一定的波动性与间歇性。由于风力发电的这一特点，大型风力发电厂的接入会对整个配电网的电流分布造成重大的影响。而且发电厂规模规模越大，影响就越大，对电网的继电保护性能与自动装置性能都产生较大影响。本文首先介绍了风力发电机的工作原理，介绍了在风力发电厂运作中，对继电保护与自动装置的影响。希望对风力发电接入下配电网的安全性与稳定性的发展提供帮助。

关键词：风电场；风力发电；继电保护；自动装置；影响

前言

随着社会的发展，各种环境问题日益凸显，人们在生产生活中也越来重视对绿色能源的使用。风力资源具有可再生性，是一种绿色环保的可再生能源，风能在发电方面的有效利用使我家电力供求的紧张局面得到了缓解。风力发电在新能源的开发技术中已经发展得相对而言较为成熟，在未来仍然有较大的发展潜力。继电保护是电力系统中极为重要的一部分，是保证整个电网安全的基础。当电力系统中的某写电力原件发生故障时，保护装置能够及时的发出警告或者直接对所控制的断路器发出指令，是维护电力系统安全稳定运行的重要的自动化措施。风电场的接入会对整个电网的继电保护系统产生较大的影响。

1风力发电机的工作原理

利用风能带动风机转动产生机械能，然后再利用电动机将机械能转换为电能。当风力发电机的转速超过额定值，发电机就能够产生一定的电能，风力发电机接入电网系统，开始提供电能。如果风速低于额定值，风力无法带动叶片进行高速运转时，就无法顺利发电，因此就要依据实际情况来控制每个叶片的桨距角，把叶片的桨叶的距角β值调整为0°，通过对装备进行调整，依据风速的变化幅度来调整发电机的运转速度，最终保证发电机转子的速度维持在一定的范围内，以加强对对风能的吸收利用能力；如果风速高于额定风速值时，调节桨叶间的距角减少叶轮的输入功率，利用风机叶片的失速特性来捕获风能，使发电机输出功率稳定在额定功率。不超过允许范围。

2风力发电场对自动装置的影响

使用风力发电机发电，由于风力是在自然环境下产生的，因此风力的不稳定性与变化性也较强。风力发电在这种形势下会产生逆向潮流，这种逆向潮流在风力发电中，对电力保护系统产生影响。当电力系统发生故障，风力发电机产生电流就会变得较少，但如果生产出来的电流量达不到继电保护装置的启动电流要求，那么继电装置就无法正常启动，也不能使继电保护的作用得到有效发挥。当风电接入电网系统，并在系统中达到了一定而规模，就能够直接对电流分布造成影响，电力网络在风电电流的影响下会被重新分配。在这种短路电流的影响下，短路电流的分布被改变，对继电保护设备的灵敏度也造成了较大的影响，增加了设备失灵的可能性。另外，当风电接入电网系统，风电并网这一系统中，有着一定的速度保护死角，风电并网的电流量如果处于这个区域，线路故障就很难被排查，在遵守就有的系统保护原则下，排除线路故障的方法就只有选择使用后备的过流保护措施。这种方式影响了机电保护设备自动性的有效发挥，也大大增加了风电接入后，线路发生故障的概率，影响到整个电力系统的稳定性。

电流发生故障的主要范围有：

风力发电机在风力系统产生故障时，能够提供部分故障电流，使得离风电场在一定的范围内得到风力发电机的保护，但由于能够提供的时间并不长，发电机对电网中的时限保护影响小。在实践中，发现风力发电机的故障电流产生的时间长短与故障点距离风力发电机距离的远近有着较大的关系。当故障点距离风力发电机之间的距离越远，发电机产生的故障电流的持续时间也就越长。风力发电机的内部本身配置的有一套保护装置，当风力发电机开始运作的时候，电机内部的保护装置就配合电机的运作，互相协调，使低电压和电压跌落的保护时间为120ms。如果当故障点距离风力发电厂的位置很近的时候，风力发电机的反时过流保护就会提前发挥作用，将对电压跌落和低电压的保护动作产生较大的影响，在反时过流保护的影响下，风力发电机产生的电路电流保护时间会小于120ms；如果故障电的距离与风力发电厂之间的距离较远时，低电压与电路跌落就会先进行保护工作，然后反时过流保护开始运作，在这种情况下，电流短路时间为120ms；如果故障点距离风力发电厂的位置过远，那么它们产生的电路故障冲击力就会明显小于之前两种状况，不会对发电机安全产生较大的威胁，因此风力发电机是处于影响的状态下继续工作的。

3风力发电场对自动装置的影响

在对风力接入的发电厂配电系统的研究中发现，除了发电系统自身通过变压器输送电压之外，接入的风力发电厂也会同时对负荷进行供电。参照房里发电厂接入电网的相关技术规定，风力发电厂的总容量必须小于最大负荷的25%。

风力电场在接入电网，当电网系统发生故障的时候，由于风力发电场的电能容量相对较小，风力发电场就会与电力负荷形成一个局部孤岛，如果使用传统的自动保护装置，自动保护的切换时间过长，就会在电网中形成较大的冲击电流，导致变压器电流速断保护动作启动，合闸动作失败，对电网的安全性造成威胁。在负荷重含有较多的高压大容量电动机的情况下，将这些电动机以一个等值异步电动机代替。当负荷中的高压电动机的容量较多，这些电动机会以一个等值异步电动机代替。此时，具有较高电压的电动机的转子在断电后仍然以一定的速度在不停运转，因此残压的衰减速率就会相对较慢。在通常情况下，发电机在前0.6秒内的衰减率只有额定电压的25%。在风力发电厂的影响下，自动装置的残压衰减变得更加缓慢。开关两侧的电源电压与频率相等，相序与相位相同的时候，在对这个开关进行关闭的时候，使用合闸的方式，才能避免合闸过程中产生较强的冲击电流，对电机造成损坏。如果冲击线路中电流过大，设备会自动跳闸，电流速断的保护动作自动开启，合闸就会失败。

当残压衰败的现象发生后进行保护动作，与在普通负荷下的风力发电之间形成的短时孤岛相比较下。电动机的负荷与风力发电场形成孤岛的变化速率相比，速度会变快很多，电压还没有衰减到传统自动装置无压检测的标准值时，电动机的符合就已经失去了稳定。如果电力系统的衰减值能够减到自动装置检测的标准值，但是此时的电动机运转速度已经降的很低了，对机械的正常运作已经产生了较大的影响。电动机的自启动电流较大，电动机电压恢复困难，因此自启动也就被迫停止。

4结语

随着风力发电技术的不断发展创新，风力发电为我国电网系统提供的帮助也就越来越明显，在风电场与电网系统进行接并后，对电网系统的继电保护装置与自动装置的运行也产生了极大的影响。风电场的不断发展扩大，提高了电网系统的电力容量导致短路电流的分布发生改变。因此在对电网系统的机继电装置与自动装置进行调整与配置的时候，不仅要充分考虑到电网系统运行的特性，充分保障电网运行的安全性与可靠性。保证电网系统的良好运转，为国家用电提供安全、可靠与纯净的能源。

参考文献：

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