兰会详 LAN Hui-xiang
（国网山西省电力公司长治供电公司，长治 046000）
（Changzhi Power Supply Company of State Grid Shanxi Electric Power Company，Changzhi 046000，China）
摘要： 近几年，风力发电开始介入到电力系统中，促进了电力系统的迅速发展。然而，也给以往传统继电保护带来很多新的问题。本文论述了风电场和风电机组的主要故障特性，以及风电接入电力系统给继电保护造成的影响，并且介绍了将大规模风电场接入继电保护的思路及方法。
Abstract: In recent years, wind power generation begin to enter into the power system, which promotes the rapid development of power system. However, it also brings many new problems to the protective relaying. This paper expounds the main fault characteristics of wind farms and wind turbines and the influence of the large-scale wind power integration access to the protective relaying and introduces the ideas and methods to access the large-scale wind power integration to the protective relaying.
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关键词 ： 大规模风电接入；继电保护；影响；故障分析
Key words: the accessing of the large-scale wind power integration；protective relaying；influence；fault analysis
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0063-02
作者简介：兰会详（1985-），男，山西岚县人，毕业于华北电力大学电气工程及其自动化，本科，主要从事继电保护工作。
0 引言
继电保护能够为电网的安全运行提供保障，当电网出现故障时，它能够迅速识别并排除故障，防止系统运行被破坏，进而确保电能的高效传输与利用。将风电并入继电保护装置是智能电网兼容性问题，对继电保护接入点来说，大规模的风电场对系统影响特别大，绝不能被忽略，因为继电保护装置的故障特点会随着风电场的接入而发生变化。所以，要保证电网系统能够安全的运行，研究大规模风电场给继电保护带来的影响具有重要意义。
1 风电场和风电机组的故障特性
风电场和风电机组故障特性主要含有稳态与暂态短路电流衰减特征分析、波形分析、电流大小计算等内容。和以往传统的同步发电机相比，多数风电机组都是利用感应式的异步发电机，它们的转动时间常数与转动惯量都较小，也没有励磁装置，所以，故障特征和同步发电机与很大区别。尽管永磁直驱机组是同步发电机，然而因为利用换流器的并网，使它的故障特点与换流器有紧密联系。同时，电力电子设备的保护方法及低电压的穿越特征都增加了控制要求，使得风电机组的电磁暂态过程变得更加复杂，进而对继电保护性能产生影响。以往传统的电力系统继电保护是建立在三相对称系统与发电机电源基础上的，通常都是假设故障发生时，同步电机运行状态及运行参数不做丝毫变化而计算出短路电流衰减特征与电流大小，再根据这些特征整定继电保护原理和选择开关设备。目前，风电机组中异步发电机多是鼠笼式的异步电机和双馈式的异步电机，鼠笼式的异步电机定子可以直接连入电网，发出有功功率过程中会从电网内吸收无功功率励磁，双馈式的异步电机的定子侧能够直接连入电网，转子侧是三相对称的绕组，利用脉宽调制变流器和电网相连接，进而给转子侧带来交流励磁。鼠笼式的异步机组因为没有专门的励磁结构，所以，当电网出现短路故障后，系统不能再提供励磁给机组，短路电流就可以立刻衰减最后降至零，最终不能连续提供短路电流给电网。而双馈式的风电机组因为转子侧变流器的作用，故障切除时能够保持系统连续短路电流。
2 风电接入电力系统给继电保护造成的影响
伴随风电在电力电网系统中应用越来越多，继电保护适应性渐渐体现出来，受到了风电场的很大影响。因为升压变压器要接地，电力系统的零序网络要随之变化，联络线的零序保护要受到一定程度影响，进而导致继电保护装置的灵敏度下降。风电场没有向故障点连续输出短路电流能力，所以，如果没有安装专门弱馈装置来进行保护，并联点的联络线就没有良好的保护性能，最后就会使拒动变成正常现象。因为我国目前所利用的检同期方式多数是在电网并网点接入风力电源，以确保供电稳定，但联络线跳开以后很多大规模的风电场的风机都转为动态过程，导致不能确保检同期的成功，进而联络线很难重合闸，最后带来风电脱网的风险。由于异步发电机能够影响并网联络线的保护动作特征，结合保护安装处电流与电压可以获得异步发电机的阻抗是正电抗与负电阻的特征，所以阻抗平面轨迹很有可能至第二象限，进而使距离保护动作幅度降低。风电电源较为特殊，它会给输电网的继电保护功能带来负面影响，以往传统继电保护不能满足风电接入要求，所以，有必要深入研究风电接入电网后的继电保护问题。对继电保护来说，一个系统阻抗串联模型与理想电源非常重要，它们能够帮助等效风电场，获得关键的电磁暂态。目前，我国很多大容量的风电场都是利用先升压再接入电力系统的变电站母线，然后供电给负荷的方式，配电网的主保护都是利用传统电流的速断保护方式，当接入风电场后，接入点的下级线路保护性能与上级线路的保护性能都会受到严重影响，速断保护范围会随着短路电流增大而向下级线路延伸，使下级线路不能选择性的跳闸。另外，发生两相短路时，电路短路电流值较小且衰减变慢，不会对速断保护及速断电流产生任何影响，发生三相短路时，电路的短路电流值较大且衰减较快会对速断保护范围产生影响，所以，风电场容量、故障类型、系统运行模式及故障位置能够直接影响继电保护。风电场的大规模应用一定会伴有电能远距离的集中传送问题。所以，整定与管理高压电网的继电保护工作要求变得更高，一定要充分考虑风电随机电源的一些故障特性，分析风电波动对并网联络线造成的影响等，合理配置继电保护。
3 将大规模风电场接入继电保护的思路及方法
3.1 深入研究故障电流的波形特点 很多继电保护装置的保护重点都在短路电流衰减特征和短路电流最大值方面，对保护影响也仅是在继电保护整定与配合上来考虑，没有关系到继电保护的根本原理。故障暂态的滤波算法与波形特点是影响继电保护性能的关键因素，它们对工频电气量计算结果具有直接影响作用，所以，有必要分析短路故障出现后的电流波形特点，进而分析继电保护性能。
3.2 加强电网继电保护自动装置与风电场操控系统的配合 风电场的继电保护时限与继电保护定值必须同电网保护配合好。实际风电和电网接入管理工作中，电网保护和风电场的配置整定分别属于不同部门，这两个部门需要加强沟通交流，相互配合协调，才能有效避免因为定值问题而导致意外脱网事故的发生。与此同时，注意加强后备保护、电网的自动重合闸及各种紧急状态时切断负荷切断机器等保护工作和风电场控制工作的相互协调配合，逐步建立和谐的电力继电保护体系。
3.3 开发加强风电场集群的电路线保护机理 因为风电机组不能连续带来短路电流，短路电流波形很容易受到控制模块影响而发生变化，如果不充分考虑电网带来的短路电流，就会很难识别与隔离故障。如果运用电网带来的短路电流，必须全面分析电力系统保护的延时配合与定值配合问题，因为排除故障时间越长，电力系统与风电场系统将更加不稳定，所以，要全面分析风电场电线路故障特征，不断开发机群集电线路新保护。
4 结束语
随着风力发电的广泛应用及风力发电技术的迅猛发展，风电场容量呈增大趋势，未来我国电网里风电电源比例会更高，但我们应该注意风电接入给电网继电保护带来的影响，特别是近几年一些风电基地脱网事故，因此踏踏实实的发展风电是我国发展低碳经济、保证能源安全的必然选择。风电系统的安全性是系统性问题，运行与管理风电基地时，比不断分析实际问题，总结以往经验，充分考虑并深入研究设计、运行、管理等各个方面，制定切实可行的办法，确保风电健康稳定发展。
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