风电机组低电压穿越能力与风电场继电保护分析

努尔丁·热法依

（大唐新疆清洁能源有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

引言：现阶段,风电厂设施的运转期间易产生较为突出的问题，风电机组反事故自动化措施、变流设备的反事故自动化措施泛用性或可选性存在不足之处，所以应当对风电机组低电压穿越能力以及风电场反事故自动化措施展开深层次的研讨、探究和解析。

一、风电机组低电压穿越能力的研究

（一）低压穿越能力概述

低电压穿越能力实际来说是指,在风电机的端压下降至一定数值之下,却并未离开电力网并持续保持运转的情况下，能够为系统整体带来部分无功功率用来推动系统电压恢复的能力,此时便被称为低电压穿越能力。

事实上，风电作为新兴的科技，在实际展开运用的过程中，相较于原有的供电模式而言，具备更为优秀的电压把控能力，不过在运用的期间具备大量的负面情况，依赖低电压穿越能力切实地体现其效果。不过，如果低电压穿越能力缺乏，将使得机组整体的具体运转遭受一定的制约。机组中的转子将因为系统的问题出现瞬态状态的过载电流情况，结合能量守恒定律，该类情况的产生将使得机端压降低，此时机组的效果难以取得确切的体现，难以完成电力能源的稳定提供，从而使得系统中的电压进一步升高，此时便非常可能导致系统中电子元件的损坏，形成没有必要的经济损害，所以现阶段风电应当急切处理的关键，便为应当确保电子器件的安全程度，风电机组的低电压穿越能力，能够确保风电场在产生电气系统问题的情况下不会产生解裂情况，从而保障电气能源的平稳提供[1]。

（二）穿越能力模拟实验

为了解风电机组低电压穿越能力，应建立虚拟试验的模式，对其实际运用成效展开深层次钻研探究，从而掌握其实际运用的成效与其功用的体现。事实上，风电接入系统中发电输配设施同反事故自动化措施的协同等情况，与其他形式的供电机组在接地模式、额定电压级别等方面均具有较为明显的区别。现阶段，我国对该角度上的作业经验与工艺具有较为突出的缺乏。伴随国内工艺能力的提高，国内许多风电机组以及风电场逐渐投放到了应用中，风电在国内的供电资源内取得了更为关键的位置，体量同样在持续扩张，所以如果在风电系统产生问题的情况下，风电场的支持意义占有着更为关键的位置，此种情况同样对低电压穿越能力具备了更为严苛的需要，不过在实际展开运用的过程中，应当通过反事故自动化措施系统同低电压穿越系统互相协同，方能够确保电力网系统整体的稳定运转。在展开虚拟钻研探究的模拟试验的过程中，能够应用RTDS 对其实际的运转状态展开运算，同时基于此系统，建设对应的闭环试验平台，对于风电机组的电流变化管控机等设施展开深层次的钻研探究，进而能够取得相应的运算结果，例如，风电机组在20%的额定功率工作的情况下，将导致电压跌破20%Un，维持时长是625ms，能够维持电力网继续运转[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.风电场继电保护的配置

通常来说，35KV 的电路在运用的过程中，往往会采取两段式的电流防护或距离防护的模式，在实际有需要的情况下，能够在防护系统中设置复合式电压闭锁元件和方向元件，同时，结合风电场运转的各类状况，迅速对电力网路系统内产生的问题展开确切的应对。系统中的升压主变压器的防护系统，属于双重化的差动防护与后备防护的方式，一旦风力机组的低压穿越能力显著缺乏，升压主变压器应当体现其效用，防护系统的运转，此类防护仅做到在系统的高压端做后备防护就能够落实；一旦系统具有低电压穿越能力，升压主变压器能够结合升压变压器的模式，展开对其的防护，同时，在高压端应当配备较为完备的后备防护，低压端便应当设置短暂延时的防护[3]。

220KV 电力网路的防护系统依据单一电源的规划为系统进行立体化防护，同时，在系统端设置三段式距离防护。一旦在实际运用的过程中具有低压穿越的能力，能够结合双电源的规划进行自主防护举措的施用，主防护系统能够选取双重化的重联防护模式，后备保护便能够选取三段式的距离防护模式，进而能够确保系统整体的平稳与安全，确保地区中的电气能源能够取得平稳的提供。

2.风电场继电保护的整定

假使不顾及到风电机的低压穿越特征，一旦系统出现问题的位置，同风电场间距不长，表示风电机的短路电流时长在120ms 以下；一旦系统出现问题的位置同风电场的间距相较而言比较长，一般情况下，短路电流时间设置成120ms；申城问题的位置与风电场间距很长，此种情况下便不会遭受较大的影响，风电机将不间断运行。如今，大量的生产厂家在规划、产出风电机的过程中，将增添大量新兴作用，例如，低电压穿越等。

应用相应举措防护电力网高压线路，220kV 线路一般采用纵联防护，能够分成两种：第一种，结合基尔霍夫电流定律采用的为纵联差动防护；另一种，以方位判定为基础展开纵联方位防护。只对纵联方位防护来说，其核心同零序突变量方位、纵联长度、序方位等存在关联。

如果应用纵联差动防护，由于其行动时长通常约为10～20ms，因此便应当顾及到风电机所带来的短路电流。在整定的期间，运算差动电流以及制动电流的过程中应该将风电机的电流算进其中，差动电流的表达式如下：

制动电流的表达式如下：

其中，IM、IN分别为电路M、N的电流，无论风电机组是否可以展现出低压穿越特征，一旦电路M 或N 出现问题，便表示风电机组可以带来的短路电流大幅度超过差动电流，一般以Id用来代表；并且同样可以对制动电流展开把控，一般以Ires用来代表，该情况下能够采用纵联差动防护，全面来看其灵活敏感程度相较而言比较突出。一旦电路M 或N 的电力网端存在问题，那么，此种情况下就可以采取纵联差动防护举措用来防护，避免纵联差动防护的行为有误。

如果线路M 以及N 采取纵联方向防护，那么无论运用闭锁式或者允许式的原理，都应当通过电路两端的方位元器件来裁定结果，风电机组带来的瞬间短路电流会帮助到方向元件的行为。整定的过程中，不需要把电路M 以及N 当做弱反馈的电路，只需要把电路M 以及N 依据双侧电源提供电流的模式整定，不过如果风电场没有供电发电的状况中，问题产生之电路的电流方向为自N 朝M，便应当把M 端设立为防护弱反馈端。对于其后备防护而言，同零序防护一致，电路N 端能够依据常规三段式的距离防护进行整定。

（二）穿越特性和保护动作时间关系

为了在保证电力网平稳准转的情况下，持续拓展风电的运用区间，风电机组务必在电力网产生问题同时，使得电压降低的状态中不会同电力网互相脱离，同时，还应该同正常电源一般持续不间断地为电力网带来有功功率以及无功功率的支持。现阶段，我国电气部门已出台了相应的律法规章，用以促进风电机组的建设，不过，各国或相同国家中各个区域所规划的并网规章并不相同，同时部分规章在实际施用期间依旧被来回地修订。其中，《风电场计入电网技术规定》的核心内容包含：

风电场中的风电机组在并网位置（便为风电场升压变压设备高压端的母线或节点）的电压下降至仅为额定电压20%的情况下，应该具备维持不间断运转625ms 同时不脱离电网的能力。

风电场中的风电机组应该在其并网位置电压产生降低之后的2 秒钟之内迅速升高到额定电压的90%，同时不可以产生脱离电网的情况。

在规划风电场方案的过程中，应当结合电气系统的具体运转模式与风电场的实际方案来精确地规划风电机组低压穿越能力，以此方可以严谨地把控风电机组的造价，用来避免产生非必要的支出。

为满足风电场低电压穿越的需要，应当通过反事故自动化措施等管控举措同其合作。

风电场内的并网工艺明确指出：一般针对参与其内的所有利益相关人员和电力输送系统，风电场在低电压穿越角度上的实际需要核心，依据风电场输出电路外的电力输出系统元件情况产生的过程中，风电场不可以产生脱网情况来规划。风电场所具备的低电压穿越能力，就是为配电系统与输电系统进行反事故自动化措施提供部分时间，令其可以在规定的时间范围内处理电力传输网络内所产生的问题。

1.给保护留下一定的时间

集中式风电场并网一本均会连入220kV 或者高电压级别的电气系统内，在风电场电力运输电路外的电路产生短路的情况下，风力电场并网位置的电压基准将降低至20%的额定电压。在此类状况中，依据风电场在低压穿越角度上的实际需要，保证风电机组不脱离电网运转，为反事故自动化措施制造时间。一般情况下，高压电输送电路均设置了两套核心防护，同时，落实防护的时长同样仅为一定周期，同时落实后备防护应当消耗的时长同样仅为500ms，再加之防护需要的时长约是125ms，所以电压穿越至少会用625ms 的时长，只有在该时间范围内方可以确切地落实反事故自动化措施。

2.保证保护可靠无误动作

对于风电机组来说，针对风电机组展开保护的全部举措，同样务必符合风电场在低压穿越角度上的对应规章，保证输出电路外的电力输出系统在出现情况的期间，可以获得确切的防护。在风电机组的端压降低至低压线路以下的情况下，机组就将出现跳闸。当输出点路以外的电力输出系统出现情况的同时，风电场并网位置的电压通常将降低至20%的额定电压，此类状况中，全部风电机组的端压便将提升，但机组不会产生立即跳闸，风电机组在低压防护角度上的特征同风电场在低压穿越角度上的规章相符[4]。

3.有选择性切除故障元件

在输出点路产生负面情况的过程中，风电场并网位置的电压通常将降低至20%的额定电压以下。此类状况中全部风电机组的端侧依然存着部分电压，以此便不会立即产生跳闸，便将为输出电路防护制造300ms 的时长用以处理该情况。由于风电一般均为通过单回的高压输配电线路所传递，输出电路一般均设置较为全方位的核心防护，线路所产生的情况一般均可以在100ms 的时长中处理完毕，由于全部的风电机组并没有同电网产生分离，以此便为输电线路在合闸之后落实并网提供了便利的前提。

与电力输送配置系统所产生的情况不同，风电场内所产生的电力网问题将导致电场内电力网电压极大下降，不过不会导致电力输送配置网络大规模地出现电压大幅度降低。各风电机组中的机端依旧会有电压存在，低压保护风电机组同样难以立即出现跳闸，便将为电网防护提供300ms 的时长用以应对该情况。风电场内的电网防护可以确切地运用风电机组的低电压落实300ms 的运转，并且在该时长内会对应地脱离产生情况的元件。

结论：伴随国内经济的发展与科技能力的提高，供电模式同样获得了崭新的建设，风电属于绿色环保的发电模式，不过因为其对科技能力的需要较为突出，在实际展开应用的过程中，极易产生安全问题，所以电力部门应当为风电场设置对应的低电压穿越能力同时设置反事故自动化措施系统。