风电机组低电压穿越能力与风电场继电保护分析

王路

摘 要：随着我国经济的发展以及技术水平的提升，电力资源在我国的经济发展中占据着更加重要的地位。风力发电是利用将风力转换为电力的技术，对于保证区域内部的电力资源的平稳供应以及改善自然环境具有重要的影响。风电机组的低电压保护能力是保证电力资源平稳供应的关键，基于此本文就风电机组低电压穿越能力与风电场继电保护进行深入的分析，希望可以为相关部门进行相关工作提供建议。

关键词：风电机组;低电压穿越能力;风电场继电保护

引言：

风力发电是现代发电的重要形式之一，是改善区域内部的自然环境以及保证我国电力资源的稳定供应的关键。但是，目前风力发电厂存在设备的运行存在比较明显的问题，风电机组继电保护、变流器的继电保护选择性或者适用性存在不足，因此需要对风电机组低电压穿越能力与风电场继电保护进行深入的研究以及分析，从而可以对输电系统继电保护以及风电场自身保护所应用的配合关系进行深入的研究，从而可以优化具体研究的效果。

一、风电机组低电压穿越能力的研究

风力发电技术是一种清洁并且无污染的发电技术，具有比较广阔的发展前景并且在电力产业的发展中占据着更加重要的地位以及意义，但是在具体意义的时候存在许多的问题，其中比较重点关注的就是风力发电低压穿越能力相关的继电保护研究。

（一）低电压穿越能力的概述

低电压穿越能力具体而言指的是当风力发电机的端电压降低到一定值以下而不脱离电网而继续维持运行的时候，依旧可以为整个系统提供一定的无功以帮助其系统恢复电压的能力可以被叫做低电压穿越能力[1]。

实际上，风力发电是一种全新的技术在具体进行应用的时候同传统的发电方式相比具有更加优质的电压控制能力，但是在应用的时候存在许多的问题需要低电压穿越能力有效的发挥作用。但是，一旦低电压穿越能力出现缺失会导致整个机组的实际运行受到不良的影响。机组内部的转子会由于系统自身的故障出现暂态的过电流现象，而根据能量守恒定量这种现象的出现会导致机端电压的下降，这时候机组的作用无法得到有效的发挥，无法实现电能的平稳供应进而导致系统内部的电压持续性的增加，这时候就特别有可能造成系统内部的电子元件的损害造成不必要的经济损失，因此目前风力发电需要迫切解决的问题就是需要保证电子器件安全性，而风电机组的低电压穿越能力可以保证风电场在出现电力系统故障的背景下不会出现解裂的现象，进而可以保证电力资源的稳定供应。

（二）低电压穿越能力的模拟实验

为了对风电机组低电压穿越能力进行深入的研究，可以利用搭建模拟实验的方式对其具体应用的效果进行深入的研究，进而可以保证其具体应用的效果以及其功能的发挥。实际上，风电接入系统一次设备和继电保护的配合等问题以及其他类型发电机组在电压等级、接地方式等都存在比较大的差异。目前，国内对于这方面的技术以及工作经验存在比较明显的缺失。随着我国技术水平的提升，我国大量的风电机场开始投入使用，风力发电在我国的发电能源中占据着更加重要的地位，容量也不断的扩大，因此一旦在风力发电系统出现故障的前提下风力电场的支撑作用占据着更加重要的地位，这也为低电压穿越能力提出了更高的要求，但是在具体进行应用的时候需要低电压穿越系统和继电保护系统相互配合才可以保证整个电网系统的平稳运行。在进行模拟研究的仿真实验的时候可以利用RTDS对其具体的运行情况进行计算，并且在该系统的基础上构建相应的闭环实验平台，对风力发电机组的变流控制器等设备进行深入的研究，从而可以得出一系列的计算结果比如风力发电机组在20%的额定概率作作业的时候会使得电压跌落205，持续时间为625ms，可以使得电网持续运行。

（三）模拟实验结果分析

本次模拟实验将数字仿真和物理设备进行有效的结合，搭建了模拟实验平台，可以实现对风力发电机组的变流控制器进行闭环控制测试，并且可以建立相应的风力发电机组和附属设备的入网检测方法，规范区域内部的相关技术参数，对于试验方案进行模拟操作，从而可以为具体进行工作提供足够的试验数据，保证现场试验工作的效果[2]。

二、风电场继电保护分析

（一）风电场继电保护配置以及整定

1.風电场继电保护的配置

一般而言，35KV的电路在应用的时候时常会采取两段式的电流保护或者距离保护的方式，在具体需要的时候可以在保护装置内部安装复合式电压闭锁元器件以及方向元器件，并且根据风电场运行的不同情况及时对电路系统中出现的故障进行有效的处理。系统内部的升压主变压器（下文简称为主变）的保护装置是双重化的差动保护以及后备保护模式，如果风力机组自身的低压穿越功能存在明显的缺失，主变需要发挥作用保护系统的运行，这种保护只需要在系统的高压侧的后备保护就可以实现;如果系统自身具备低电压穿越功能，主变可以根据升压变的方式可以进行配置保护，并且在高压侧需要配置比较完善的后备保护，低压侧则需要配置短延时的保护。

220KV电路的保护装置是按照单电源的方案来为系统系统保护，并且在系统侧装载三段式距离保护。如果在具体应用的时候具备低压穿越的功能，可以按照双电源的方案来自行保护措施的按照，主保护系统可以选择双重化的重联保护方式，后备保护则可以选择三段式的距离保护方式从而可以保证整个系统的安全以及稳定，保证区域内部的电力资源可以得到稳定供应。

2.风电场继电保护的整定

为了对风电场的继电保护进行深入的分析，可以暂时忽略风力发电机的低压穿越的特点，如果系统故障同风电场之间的距离比较近，就意味着风力发电机的短路断流时间不足120ms，故障同风电场之间的具体比较远的时候就不会为整个系统的运行造成比较大的冲击，保证整个系统的平稳运行。但是这是一种没有任何附加功能的理想状态，大部分厂商在设计风力发电厂的时候都会为其添加一些功能比如低电压穿越功能等。

在具体应用的时候需要采取有效的措施对电网中的高压电路进行保护，一般而言2520Kv电网的宝珠装置是纵联保护，可以根据类型划分为2类，第一类是根据基尔霍夫电流定律采取的纵联差动保护，第二种是基于方向判断实行的纵联方向保护[3]。如果对其进行具体的探究可以发现，纵联方向保护还包括纵联距离、零序突变量方向以及序方向等。

（二）低电压穿越特性和保护动作时间关系

为了保证电力资源的平稳供应，推动电力发电的技术水平的提升以及扩大风力发电的具体适用范围，风力发电机组在运行的时候必须要保证在电网运行出现故障导致电压下降的情况下不会出现发电机组和电网想脱离的现象，并且在实际运行的时候需要同常规电源具有相同的性质，可以源源不断的向电网提供无功功率以及有功功率的支撑。

实际上，在具体应用的时候为了实现低电压穿越特性和继电保护的有效融合，需要保证低电压穿越特性和保护动作时间具有三种关系，即电力系统的继电保护留下一定的动作时间，风电机组保护可靠不会出现失误动作，以及可以在具体进行应用的时候有选择性的切断故障元件，进而可以保证整个系统的运行。

总结：

随着我国经济的发展以及技术水平的提升，我国的电力产业迅猛的发展，发电方式也取得了全新的发展，风力发电是一种清洁无污染的风电方式，但是由于其对于技术水平的要求比较高在具体进行意义的时候容易出现安全事故，因此相关部门需要为风力电场配备相应的低电压穿越能力并且安装继电保护装置，从而可以保证整个系统的平稳运行。

参考文献：

[1]高术宁，孙开宁.基于显式模型预测控制和改进虚拟阻抗的双馈风机低电压穿越策略[J/OL].电网技术：1-9[2021-04-25].

[2]王若谷，张若微，秦博宇.提升双馈风力发电系统低电压穿越能力的跟踪控制方法[J].电力工程技术，2021，40（02）：185-191.

[3]王志浩，张新燕，周登钰.双馈风电机组低电压穿越工况下变流器IGBT结温升高的抑制策略研究[J].太阳能学报，2020，41（10）：259-267.