适用于新能源规模化接入电网继电保护技术研究

中海油（广东）综合能源有限公司 何 青

随着全球对可再生能源的需求不断增加，新能源规模化接入成为实现清洁、可持续发展的关键因素。然而在这一转型过程中，电网面临了许多挑战和机遇。其中之一是如何有效地保护并确保大规模新能源系统与传统电网之间的协调运行。因此，在实现新能源规模化接入时，准确高效的继电保护技术至关重要。可帮助检测和响应潜在故障情况，并提供及时干预以防止事态扩大影响到整个网络稳定性。为此，需要不断提高重视程度，充分发挥新能源使用范围，促进我国新能源的可持续性发展。

1 新能源规模化接入对电网继电保护技术的影响

1.1 变化的电力流向和功率特性

在电力流向方面其产生的复杂程度进一步提高，大规模新能源接入引入了分布式发电和可再生能源资源多样化。这导致传统基于中央发电的单一供应结构被取代，并且各种类型、容量和位置不同的新型设备与线路互相交联组成网络系统。因此，针对这些复杂变动特征设计合适的继电保护策略显得尤为重要。在电力流向变化过程中会出现高增量的变动现象，受天气条件及其他因素，会造成可再生能源输出具有突然剧烈起伏甚至随机波动等问题，在实际运行过程中可能出现高频率干扰以及小故障。

而在功率特性影响方面新能源规模化的接入可能会出现反转的困境，部分可再生能源单位可以双向输送功率到公共微格或低压网上，需考虑将本地的电力供应至主要网络。传统继电保护策略往往基于单向功率流进行设计，需要适应双向传输并实现准确判断、分类及衔接，因此会对主要功率造成一定影响，需要具备更高的灵活性和迅捷反应能力，以加强对整个网格状态监控，根据其结果采取相应的操作方式。

1.2 对传统继电保护装置的影响

1.2.1 稳定性与可靠性影响

大规模新能源接入导致电网发生变动更加频繁、复杂。传统继电保护装置往往针对稳态条件下设计，在面临不断变化的功率流向、涌浪干扰等问题时，可能无法提供足够有效的应对措施。因此，需要升级现有技术或开发更先进的解决方案，来确保系统运行的稳定性和可靠性[1]。

1.2.2 故障检测和处理速度影响

由于分布式光伏和风力发电等新能源设备具有较快速度插拔特点，以及间歇输人负荷周期波动，使得故障检测时间窗口缩短并增加错误诊断概率。为了迅速准确地捕获异常情况，并实施相应补偿策略，需要引入智能监控设备结合通信网络进行实时数据采集、分析和处理。

1.2.3 灵活性影响

新型储存器是某一时间段内多余风力太阳能注入电网的一种方式，这也要求继电保护装置具备对储存系统进行监测、控制以及调度等功能。传统继电保护装置需要适应不同功率密度与波动性，允许灵活配置来确保新能源规模化接入后发生频繁变更时的可操作性。

2 适用于新能源规模化接入的电网继电保护技术策略

2.1 故障检测与定位

2.1.1 监测装置使用

使用先进的监测设备如智能传感器、线路状态估计等技术进行实时数据收集。这些装置可以获取到各种参数包括电流、电压、功率因数以及频率等信息，从而帮助判断网络是否存在问题。

2.1.2 异常识别算法应用

异常识别算法是比较重要的故障检测手段，能够对发电厂继电保护系统进行全面监测和分析，常见应用方法有机器学习方法、波形特征分析、便捷式仪表设备使用以及多源综合分析。机器学习方法是利用历史数据训练神经网络、支持向量机或决策树等模型，以判断当前状态是否存在潜在问题。这样的反馈有助于实现自动化智能告警，并提前预示可能发生违误。

波形特征分析是通过频域或时域上各类干涉性精确处理配套软件工具。便捷式仪表设备应用是用来快速收集关键信息，进而评估线路质量及其他环境参数，同时遵从了安全意味着外观考虑，并能与其他系统集成以实现及时的数据共享。多源综合分析是结合不同类型传感器收集到的信息，进行融合分析。通过比较和交叉验证各个来源之间所得结果，可以更准确地诊断故障位置，并进一步评估其对整体网络稳定性造成潜在的威胁[2]。

2.2 快速解除与重新联网

在快速解除过程中，当发生故障或异常情况时，为了防止问题扩大并影响整个电力系统的供应可靠性，继电保护必须迅速进行快速解除。利用智能传感器和监测装置实时收集数据，并通过分析算法来诊断线路、设备或组件上是否存在潜在故障。基于数据驱动方法可以准确定位到具体位置出现异常。完成连接解除后需要进行重新联网，在确保安全的前提下需要进行重新联网操作以恢复供电和系统的正常运行。

首先开展自动化重连，现代继电保护装置配置具备自主逻辑控制能力，在接到解除故障信号后，可以通过内部算法判断是否已经达到重新联网条件，并根据事先设定好的策略完成自动重连。这种方式消除了人为干预带来时间成本压力。其次合理划分连接顺序，按照提前设置好的网络模型来进行联网，最后开展安全验证，在后续执行过程中引入好多个层面，通过数据库对比对各个联网顺序进行检验[3]。

3 新能源规模化接入的电网继电保护实际案例分析

3.1 太阳能光伏发电系统的继电保护方案

3.1.1 过流保护

过流是太阳能光伏发电系统常见的故障情况之一。为了有效应对这种情况，可以采用多层次的过流保护策略。具体保护过程如图1所示。

图1 过流保护过程图

首先安装在每个组件和逆变器输出端口处的快速动作断路器起到第一道防线，能够及时检测并切断超出额定值的过大输出电流，避免损坏设备或导致其他问题。其次在设计阶段就要考虑合理配电给不同功率需求设备，在主干馈线上添加感知装置利用连续谐模型分析技术检测灰色地带存在部件串联反决策选择。通过智能优化算法动态调节并平衡各个回路中组件产生的过流现象。从整体应用效果来看，过流保护方案旨在确保太阳能光伏发电系统运行时稳定输出，并最小限度地影响其他部分正常工作。通过结合断路器、集成监控单元与数据传输等手段，该方案可有效防范过流带来的潜在风险，提高系统可靠性和安全性。同时，在方案设计中考虑到各种可能发生的情况，并采取相应措施进行预防与响应，可以更好地保护太阳能光伏发电设备及整个系统[4]。

3.1.2 逆变器故障监测

太阳能光伏发电系统中的逆变器，是将直流电转换为交流电的关键设备。通过实时监测逆变器运行状态和输出功率，可及早检测到潜在问题并采取相应措施来确保系统正常运行。具体运行过程如图1所示，在温度异常检测过程中，由于高温可能导致元件老化、损坏或性能下降，安装传感器以动态地对逆变器内部温度进行监测至关重要。一旦温度超过预定阈值，就会触发报警信号，并自动启用冷却策略（如风扇增速）或甚至切断供电以保护设备不受损坏。在数据采集方面对逆变器输出数据进行实时、准确地收集是及早发现问题和做出调整的关键步骤。这些数据可用于性能评估、状况监视等方面，在降低设备损坏风险同时也有助于优化光伏系统在各种条件下的工作表现。

3.2 风力发电厂的继电保护解决方案

3.2.1 风速监测和控制系统

风速监测与控制系统是风力发电厂中重要的继电保护解决方案之一。该系统利用气象传感器实时，监测风场各个位置处的风速变化，并通过对数据进行分析和处理，来确保发电机组在安全范围内运行。当风速高于或低于安全阈值时，该系统会自动发送警报并触发保护机制。例如，在强风情况下可通过调整叶片角度来减小发电机组的负荷以避免损坏，并确保运行在合适范围内所有部位设备。比如，对风力发电机元件动作情况进行控制，可根据元件动作情况进行控制，具体控制内容见表1。

表1 风力发电厂元件动作情况表

3.2.2 温度与振动监测

风力发电厂中的温度和振动监测是关键的继电保护措施之一。通过使用高精确性、实时响应的传感器，来对重要组件进行温度和振动检测，可及早发现潜在问题并采取适当行动。利用温度传感器监控叶片、主轴承、齿轮箱等设备部件上产生热量变化情况。

4 技术挑战及未来发展趋势

为充分提升新能源规模化特点，提升电网继电保护功能性，在未来发展过程中可从以下几个方面进行。一是增强其可靠性和灵活度，通过对智能传感器技术的引入，使新能源系统中的智能传感器可以实时监测电网状态、负载情况以及故障信息。这些数据可以用于精确评估网络健康状况并提供快速响应，从而增强了整个系统的可靠性。或者加强高级通信与自动化控制效果，利用高级通信技术（如物联网）实现设备之间的即时沟通，并通过自动化控制策略对故障进行迅速处理。这种集成架构使得维修时间缩短、操作更加准确，大大提高了电网运行的灵活性。

二是提高运行效率，缓解功因问题，可通过对容错机制的引入，以此避免单点失效导致全局受到影响。比如，在发生线路或装置异常断开时，使用区域能量存储装置作为替补资源来平稳转移负荷，或者根据不同情景下需求变换，灌输合理位置上后期安排反接公共线道，从而减少电网潮流压力暴露现象。除此之外，还可利用先进的机器学习和优化算法，对继电保护系统进行智能调度和协同控制。通过动态功率分配、负载均衡以及应急方案预测等技术手段，实现高效能耗且稳定可持续发展。

三是进行安全风险管理，通过对防护层级的加强进行多重检查监管，新型传感器设备集成纳入多个繁盛遍布网络之上，侧重点则是放在意料不到故障源头端口处的区域能量消耗情况。同时，将人工智能引入继电保护领域来解析大规模数据，并自动生成警报提示或建议处理策略。这有助于提前识别潜在问题并采取针对性措施来确保系统运行的安全稳定。

综上所述，随着新能源规模化接入电网的加速推进，继电保护技术在确保可再生能源稳定供应和智慧型网络运行方面发挥了关键作用。通过引入先进的监测设备、通信系统和智能算法等创新解决方案，可以提高传统电力系统的功能性，并在此基础上对太阳能光伏发电、风力发电等清洁资源进行大量应用。因此，相关技术人员需要采取积极的解决措施，从而保证新能源规模化接入传统配电网系统后，能够保持着更加良好的运行状态，为人们的生产生活提供基本的用电需求，确保社会经济的可持续性发展。