风电接入对电网继电保护的影响分析

林汝东

（广东电网有限责任公司湛江供电局，广东 湛江 524000）

0 引 言

随着我国新能源技术的不断发展，风电已成为现阶段我国清洁可再生能源的代表，推动了我国环保事业的发展。相较于其他发电措施，风力发电的使用不受地形等因素的影响，仅需安装在风力充足的地带。风力发电因其工期短、见效快等特点，在我国得到了广泛应用，风电输入供电电网中的电能量也逐步提升。风力发电的过程中主要使用大量风轮发电机发电，通过风力发电产生可再生能源以外，也会对电网系统产生影响，表现为风力发电会对电网电能质量与继电保护的影响。本文针对风力发电对电网继电保护产生的影响进行分析研究。

1 故障特性及继电保护

1.1 故障特性

继电保护是基于系统故障特征分析与设计得来的。风电机组与风电场的故障分析是其中的重要环节，同步发电机电源与三项对称系统是传统意义上继电保护的基础内容。传统意义上的继电保护系统存在一定的缺点，系统发生问题前后，同步发电机的运行数据与状态并不会发生变化。而现阶段使用的异步发电机由风电机组组成，相较于传统意义上的同步发电机，系统故障的出现是由于自身结构引起的。当系统中出现短路时，传统的异步发电机短时间内会出现大电流，然后迅速衰减为零，该过程持续时间较短，并不能为系统提供短路电流。双馈式发电机相较于传统的异步发电机，可为短路系统提供短路电流，同时其电流衰减时间较长。

1.2 继电保护

（1）励磁结构的缺失。现阶段，大多数风力发电厂常用的机型为鼠笼型异步电机，该电机无励磁结构，当系统出现短路时，电流衰减较快，无法为短路系统提供短路电流。

（2）选项装置电流小动作率较低。不接地系统不易保障系统安全，当系统出现安全故障时，不利于故障的解除。不接地故障线路与电路电容电流较小，很大程度上会导致风电场系统故障难以排除[1]。

（3）波动性并网灵敏度较低。由于受到控制系统等多种因素的影响，风电网络系统并网后，难以满足电力系统中对灵敏度的要求，系统结构中选项单元与距离受到影响，进而产生继电保护问题。当系统接入风电后，升压变压器由于接地产生变化，进而使零序网络随之变化，最终降低零序网络的灵敏度。

（4）当风电场并网联络线断开后，其中的自动重合闸难以闭合。现阶段，我国普遍使用的检同期方式对系统的稳定性要求较高，网络线断开，很大程度上会影响风机的转动，进而影响检同期的成功率，使得重合闸无法闭合，进而产生风机脱网的故障。

（5）剧动常态化。由于设备缺少弱馈保护，进而很大程度上减弱了并联网点联络线的保护性，使系统出现部分剧动。

2 风力发电对继电保护影响

在风电场建设的初期，由于风电项目投资较大且风电场规模较大，而风力发电产生的电力容量不足区域用电的1%，因此在初期设计过程中将风力发电仅作为电路中的简单负荷。随着风力发电规模的不断扩大（现阶段风力发电规模已达区域性电网15%以上），所使用的继电保护装置与传统的继电保护装置不同，需根据风电场运行中电负荷的实际情况进行判断。

（1）和传统意义上的通过单一用户供电方式不同，风力发电组在有风的过程发电均与电网的实际情况有关，风力发电中产生的电流是双向的，该电流有可能来源于电网系统，也有可能来源于风力发电厂。尤其是风力发电机组在开始运行时，该过程中若变化电流与电压的流向，极易引起继电保护装置反馈错误，进而使得系统负荷错误，导致风力发电机故障。传统意义上电网继电保护装置设计简单，大多使用三段式电流保护，中间缺少方向保护元件，故传统意义上的继电保护装置无法满足风力发电厂对风电场容量提升的要求。

（2）影响继电保护的装置。在风力发电厂电网系统的实际运行过程中，系统将场内升压变压器进行接地处理，引发零序保护装置变化，最终使继电保护装置的灵敏度下降[2]。

（3）通过对现阶段风力发电厂实际运行过程中的短路现象进行分析得出，系统在发生短路时，故障电流是断续的，且无法准确地定位故障点。因此，当系统出现故障时，需根据系统发生故障的实际情况从整体与局部出发准确定位故障点，进行故障隔离，避免故障事故扩大。当系统出现故障时，可对整个系统进行继电保护，同时结合系统实际情况，从整体到局部分析问题解决问题。

3 应对措施

3.1 加强重合闸管理

重合闸的使用会对继电保护的功能产生重要影响，同时也会对风电接入产生影响。当重合闸出现故障时，会极大地影响风电接入保护效率，因此对重合闸故障的及时处理是十分重要的[3]。当风电场无法准确定位继电保护装置故障时，即使系统的实际电压值较小，系统也会因电压参数异常导致重合闸跳闸，但仍保持LVRT功能不变。系统可通过使用多次零电压穿越，使系统穿越时间低于100 ms/次，结合系统运行的状况，穿越时间也可设置为125 ms/次。

3.2 调整运行方式

风力发电厂故障的产生原因是解决系统故障的首要任务，分析系统的继电保护故障要结合系统的实际运行情况，优先保护，合理安排。以减小故障为首要原则，结合系统实际情况合理安装继电接线方式[4]。新建设的风力发电厂需结合风力发电厂安装的实际位置与风力情况进行设计安装。若系统安装不属于接地方式，需考虑设备安全，使用小电流具备跳闸功能的接地装置。若系统继电保护问题通过这些措施难以解决，可采取故障隔离方法，用以排除系统故障。

3.3 强化风电并网运行、维修以及故障管理工作

可通过使用相能测量系统、故障录波装置等监控装置，对风力发电系统中各设备的运行情况进行实时监控。通过数据的采集、分析与处理，确保继电保护装置与风力发电系统的运行[5]。

3.4 建立电磁暂态仿真模型

现阶段，双馈型风力发电机与永磁直驱机组电力系统发展越来越快，在电力系统中得到广泛应用。因此，继电保护需将其考虑在内。异步发电机组与传统意义上的同步发电机组存在很大的不同。因此，风力发电系统系统的分析与处理需结合其设计原理与功能，建立准确的模型。对风力发电系统的实际情况进行分析，暂态仿真模型可对系统的实际运行进行动态模拟，为风电厂的分析处理提供技术支持[6]。

3.5 加强开发集群电线路保护机理

当风电场产生集群电路问题时，将在很大程度上降低集群母线与风电机组的电压。当系统出现故障且故障难以及时解除时，将在很大程度上对风电场的实际运行的可靠性产生影响，进而导致系统大面积脱网。若想及时解除故障，需准确定位故障点，对故障进行隔离处理。结合现阶段掌握的系统信息全面分析，对系统进行不断完善。

3.6 应用继电保护自动化系统

继电保护自动化系统可实时监控电网的实际运行，对系统中各参数记录分析，实时监控电网系统中各参数，诊断系统问题，当系统出现故障时及时采取保护措施发出警报。

3.7 重视配合自动控制系统与安全自动装置

继电保护装置的定值和时限需与电网运行保护相连，风力发电场的电网保护通过不同系统管理，为避免系统发生脱网问题，在实际安装过程中需考虑系统稳定性等因素，建立多站点联控的连接策略。这样就可合理防范供电厂不稳定导致电网系统崩溃的现象，进而建立完善合理的继电保护系统。

4 结 论

随着我国经济的不断繁荣发展，人们环保意识逐渐增强，而风力发电可在一定程度上满足社会对清洁能源的需求。但由于风力发电过程中，受到较多不定因素的影响，风力发电系统仍需不断改善，以满足社会对风电系统故障控制的要求。