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1、 风电系统接入电网的继电保护问题分析万金水 关键词：风电场；电力电网；继电保护引言继电保护是电网安全稳定运行的第一道防线，能够在故障发生时快速可靠地识别并有效地隔离故障，对遏制系统运行状况的进一步恶化，保障电能高效稳定的传输和利用都具有重要的意义。近年来，随着能源危机和环境问题的日益突出，风电等可再生能源越来越受到社会的关注，其大规模应用，必然带来集中接入、远距离传输以及风电场内部集电线路网络化等问题，从而改变电力系统的运行特征。大规模风电接入的继电保护问题属于智能电网的兼容性范畴。对接入点而言，规模化的风电场对系统运行的影响，已不能象早期小型风电接入一样被完全忽略掉，这已不仅仅是风电调度的问
2、题，继电保护所面临的故障特征同样也发生了显著的变化。大型风电场内部的机组和机群越来越多地采用35kV电压等级以网络的形式汇集电能，传统的配电网保护原理和装置能否满足风电场内部集电线路的要求，也是众多业主和电力系统运行部门必须考虑的问题。1概述国标GB19963(2011)风电场接入电力系统技术规定要求并网风电场必须具备低电压穿越能力。风电机组的运行控制与并网方式有别于常规能源，电网故障时风电机组提供的短路电流受机组类型、运行方式多种因素的影响，风电接入系统的暂态特性有其特殊性，如果保护配置和整定不考虑风电的影响，实际运行时可能导致保护装置的误动和拒动。2继电保护（1）励磁结构缺乏。多数风电场目
3、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
4、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。3应对措施3.1风电场送出线路保护我国的风电多采用超高压远距离送出。送出线路保护仍然采用常规输电线路保护配置，配备纵联保护为主保护，不考虑风电特点。故障期间的风电集中接入区域电网的电磁暂态特性不同于常规能源电网，基于传统电力系统故障暂态响应特性的继电保护动作性能无法保证，我国内蒙等地区已多次发生风电送出线路保护误选相及误动作等问题。文献48-50指出具备低
5、电压穿越能力的双馈式风电场送出线路三相故障时，转子电流为衰减直流，风机机端基于故障前转速频率的交流电动势衰减较快，且风电场侧阻抗远大于系统侧阻抗，风电场侧电压主要由电网工频电压支撑。风电场侧电流为风机转速决定的非工频交流，致使电压、电流频率不同。常规傅氏滤波的旁瓣效应使得基于工频量的相量提取不再准确，致使不同频率的电压、电流比较相位、比较比值出现问题。只有当线路发生三相金属性短路时，风电场母线电压主要为机组感应的转速频率的交流电动势，与电流同频率，其他故障情况下风电场侧短路电压、电流频率均不同。风电场的弱电源特性使得正负序阻抗远大于零序阻抗，接地故障时风电短路电流主要为零序分量，使得三相电流相
6、近。常规选相元件基于序电流大小及相电流差突变量，当应用于风电场侧时，其正确性受到严重影响，风电场侧方向元件、距离元件、选相元件均无法保证正确动作。3.2根据风电场故障特征及其保护配置的分析风电场35kV集电系统中性点接地方式严重影响风电场的安全运行。由于风电功率密度相对较低，“场”字比较准确地描述了这种性质，而且风电发电出力通常大部分时间在额定功率10%40%左右。酒泉大型风电场一条35kV集电线路的有功潮流一般远小于10MW，而且不直接影响用户，无论对风电场还是对电网，影响不大。不象配电系统，每条线路都为用户供电，切除线路，用户就要停电。所以应按照集电系统故障快速切除，防止故障扩大的原则研究
7、选择集电系统接地方式和其继电保护配置。新建风电场，集电系统应采用电阻接地方式，并配置单相接地故障保护。已投运采用不接地或经消弧线圈接地方式的风电场集电系统，应配置带跳闸功能的小电流接地选线装置，在单相接地后快速切除故障，若不成功则跳开主变低压侧开关隔离故障。集电线路保护快速段定值应对线路末端故障有灵敏度且其35kV母线应配置母差保护。3.3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
8、行全面分析，利用现有信息资源，不断研究原理，开发技术。3.4运行方式的调整一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。新建的风电场，考虑到风电场的环境和生产情况，和选择。电阻接地方式。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。结语随着我国科技发展和经济的增长，以及人们日益增强的环保意识和风电技术的不断革新
9、，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):87-88.3中国可再生能源学会风能专业委员会.2011年中国风电装机统计R.2012. -全文完-
