探析风电系统接入电网的继电保护问题

探析风电系统接入电网的继电保护问题

王坤

阜宁协鑫郭墅风力发电有限公司江苏盐城224400

摘要：风力发电能够在调整电源结构的同时减少污染气体的排放，并在之后有效地降低能源进口方面的压力，并更好地提升我国能源供应的安全性。但由于风力发电成本较高，所以没有办法和火力发电一样取得好的效果。目前，风力发电在我国电网中占据的比例将越来越高，但风力发电本身的随机性和不可控性给电网的运行和管理带来了很大的影响。为了能够更好地提高电网接纳风电的能力，有效地研究风电系统接入电网的继电保护问题显得尤为重要。

关键词：风电场；电力电网；继电保护

1继电保护的要求

1.1可靠性

在继电保护装置当中最为基本的一个要求就是可靠性，从而有效保证其在具体操作的过程当中更加的科学、合理化。在电力系统运行过程中，继电保护发挥着重要的作用，在出现故障的时候，可以准确的进行识别以及实时断开电网系统，能够有效的保证电网的可靠安全运行。所以，继电保护装置本身的可靠性直接影响了供电的质量。

1.2选择性

假如电路系统有故障发生，则必须要将产生故障的线路切断。假如在该过程当中故障线路有拒动情况发生，则必须要将与其相邻的设备作为第二选择将其切掉，从而有效保护电路，从根本上防止更为严重的故障发生。

1.3灵敏性

在继电保护装置能够保护的范围当中，需要尽可能的将其灵敏性提高上来，如此以来假如有故障发生，就能够在第一时间有所反应，将线路发生故障的位置保护起来或者将其切除。

2故障特性

继电保护以故障特性为基础进行设计与计算，分析风电机组与风电场的故障特性必不可少，传统的电力系统继电保护基础是同步发电机电源和三相对称系统。在此基础建立的继电保护系统存在自身缺陷，出现故障前后，同步发电机的运行参数和状态没有变化，以恒态存在。目前异步发电机是多数风电机组常用的发电机，特性与传统同步发电机有较大差异，其故障特殊性是由自身结构造成。当电网发生短路故障时，一般的异步发电机只能提供短暂的大电流。电流迅速衰减为零，时间较短，无法持续为电网提供短路电流。双馈式发电机可连续提供短路电流，电流小于异步发电机，但较异步发电机衰减时间长。

3继电保护的问题

（1）励磁结构缺乏。多数风电场目前使用的主要机型为缺乏励磁结构的鼠笼型异步电机，短路故障发生后，电流呈较快下降速度，无法提供稳定电流。

（2）选项装置电流小动作率较低。不接地系统很难将装置中的接地安全隐患发现，使系统故障容易扩大化。非接地故障线路和电路电容电流微弱，极大地影响了风电场的故障处理效率和故障排查工作。

（3）波动性并网灵敏度低。受到控制系统条件、弱馈等因素，以及叠加故障提取法影响，风电并网后，达不到电力系统要求，原结构中选项单元和距离也会受到影响，继而使继电保护产生问题。接入风电后，升压变压器因接地发生变化，使零序网络也随之发生变化，最终使零序网络保护的灵敏度变低。

（4）大规模风电场并网联络线跳开后，其自动重合闸很难重合。目前我国使用的检同期方式稳定性要求较高，联络线跳开后，会使风机进入动态过程，将无法确定检同期的成功率，重合闸继而无法重合，出现风电脱网事故。

（5）剧动常态化。专门设备缺乏弱馈保护，大大降低了并联网点联络线的保护性能，偶发剧动变的常态化。

4应对措施

（1）建立电磁暂态仿真模型。双馈型风电机组和永磁直驱机组电力电网系统中所占的比例越来越大，应当将控制风电机组纳入继电保护考虑范畴。异步发电机组与传统同步发电机组在接入方式和原理上有着很大的区别与改变。因此，在大规模风电场接入电网系统时需从电网的稳定安全可靠性出发，建立准确的模型。采用仿真方法对风力发电系统进行动态研究，较以往解析方法更有独特优势，暂态仿真模型能够为风电场的设计规划以及验证各种策略提供多方面的帮助与支持。

（2）运行方式的调整。以风电场故障特点为重点考虑原则，对继电保护问题要以保护配置为基础，接地方式要进行合理选择，故障切除进行时。以避免事故扩大为原则，选择合理的机电接地方式。若风电场的集电系统不属于接地模式，为保证快速切除故障，可选用小电流接地装置，此装置具有跳闸功能。如果以上措施，仍旧使继电保护故障得不到解决，要避开主变低压侧开关，采取故障隔离措施，以降低电力系统运行中继电保护故障带来的负面影响。

（3）强化风电并网运行、维修以及故障管理工作。可利用相能测量系统、故障录波装置等监控系统，对风电系统内主要电器的运行参数进行记录。做好系统运行分析，能够获取继电保护相关状态信息，可确保风电系统运行的安全与稳定。

（4）对重合闸加强管理。重合闸会对继电保护性能产生影响，对风电接入联系密切。对重合闸出现的故障原理进行重点分析，能够提高风电接入的保护效率。风电场无法准确判定继电保护故障的故障电阻和具体位置，即使小于20%额定电压，因故障电压参数异常，重合闸会全部跳闸，仍维持LVRT功能不变。可以改变电压穿越方式。采用多次零电压穿越，使穿越的时间小于100ms/次，根据实际情况，穿越时间可设置为125ms/次。

（5）加强开发集群电线路保护机理。风电场出现集群电线路故障会降低集群母线和风电机组电压，在故障发生时若无法及时切除，则会严重影响风电场和电力系统的安全与稳定性，致使大面积脱网，在发生故障时，想要顺利识别并隔离故障，就要认真考虑电流短路的问题，要对风电场集群线路故障进行全面分析，利用现有信息资源，不断研究原理，开发技术。

（6）应用继电保护自动化系统。继电保护自动化系统可以监督电网运行的状态，对电网各系统中的用电设备电流、电压等参数进行监督，当数值出现异常或变化，系统会准确判断具体问题，并进行反馈，当电网系统发生故障，系统能够发出自动跳闸的指令，最大程度降低故障损失。也能够在故障发生时发出警报，并限制故障范围。

（7）重视配合自动控制系统与安全自动装置。继电保护的定值与时限须与电网保护密切契合，风电场整定与电网保护分别由不同单位管理，两个管理单位应当加强配合协调能力，以避免因定值问题而出现脱网意外事故，也要加强风电场控制与保护工作的配合，共同构建协调的继电保护体系。

5结语

新能源道路是电力行业转型的必经道路，是必然趋势，风电接入能够满足当前电力行业发展的需求，在风电应用带给我们积极影响的同时，继电保护问题的发生率也随着大规模风力发电场的建立越来越高，近年来因风电接入带来的脱网事故频繁发生。风电系统的稳定性和安全性不是单纯的技术问题，是一个系统的、整体的、综合的问题，需要多方面协同合作，在运行过程中，需要不断分析问题的原因，总结问题正面、负面的经验，积极寻求解决问题的路径，保证风电事业的良性、稳步发展。

参考文献：

[1]沈祖涛.大规模风电接入的继电保护问题[J].电子技术与软件工程，2017（03）：247.

[2]王志安.大规模风电场接入电力电网系统继电保护问题探讨[J].中国高新技术企业，2016（32）：87-88