（国家电投集团江苏海上风力发电有限公司 江苏盐城 224000）
摘要：随着国家绿色能源的进一步崛起，风力发电在我国得到了迅猛发展。其中，风电场的接入，使得地区电网的结构发生了很大变化，即在风机发电时电网的结构由负荷型转变为电源型。地区电网结构的变化和风电场大规模的接入，需要对现有电网的安全稳定进行研究，其中风电场接入系统后，系统继电保护的配置是一个新课题。本文就风电场接入系统继电保护配置方案展开了研究。
关键词：风电场；继电保护；配置方案
1风电机组和风电场故障特征
1.1永磁直驱风力发电机
永磁直驱风力发电机组（D-PMSG）能够在不同风速下稳定运行，具有噪声小、结构简单、运行效率高、维护成本低等优点。当风速突变引起的发电机输出功率变化时，机组网侧变流器能够稳定直流侧电压，既能在单位功率因数下稳定运行，也可以在超前和滞后功率因数下运行。相关研究表明D-PMSG采用的控制策略不同，短路电流特征也不同，为继电保护的整定带来了障碍。相关专家以某风电场为例，研究了直驱永磁同步风力发电系统并网运行的暂态过程。指出集电线路三相短路时，电压降低，电流增大，变化程度与故障位置有关；风电场侧和风机出口正序阻抗先阶跃后减小，负序阻抗基本不变；系统侧正负序阻抗稳定且相等。还有专家以某并网直驱风电场为例，研究了风电场联络线PCC点故障时的电流特性，指出直驱风电场短路电流的波动性、随机性容易造成PCC点的保护装置的拒动或误动。综上可知直驱风电系统由于其采用的网侧变流器控制技术，消除了变流器输出电流中的负序分量，会影响基于故障电流信息的故障选相元件；风电场的弱电源特性会导致风电场侧的故障选相元件误选与距离保护拒动，这些问题都必须引起相关研究者的重视。
1.2双馈型异步发电机
双馈电机（DFIG）通过改变转子交流励磁的频率调节其转速，从而保持定子输出电压和频率不变，既可以调节功率因数，又可以提高系统稳定性，因而在风力发电领域有着广泛的应用前景。DFIG的滑差由于转子电流控制而不再是一个很小的数值，外部短路时撬棒（crowbar）电阻的作用使得转子回路的电阻不能被忽略。相关专家结合DFIG的结构和运行特点，以两相静止坐标系下DFIG的电磁暂态方程为基础，对对称故障和不对称故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性进行了分析，得到了其定子故障电流各分量的等效计算模型。还有专家提出DFIG投入crowbar电路后，三相短路时其提供短路电流的能力大大下降，转子绕组回路时间常数减小，短路电流的强制分量迅速衰减。不对称故障时，非故障相电流的强制分量迅速增大到稳态值，而故障相的短路电流强制分量则迅速衰减。故障电流中的自由分量受升压变压器以及输电线路电阻等的影响。又有专家分析了具备LVRT能力的双馈风电机组在故障发生初期投入转子crowbar保护电路后，转子侧变流器被旁路，励磁电流的频率失去控制，变成衰减直流，故障初期的定子短路电流主要成分是衰减的交流分量，其频率取决于当前的转速，不再保持工频，该结论为风电接入后继电保护的配置提供了重要依据。
2风电场电网电线与电网继电保护
2.1大型风电场的继电保护
对于许多大型的风电场来说，其所采用的供电网络都是由35KV的电压等级所组成的，这些风电场之间的连接跟配电网络的网络结构相同，并且都是通过并网点来完成与高压电网之间连接。可是针对辐射型的配电网所设计的继电保护，在应用的时候便会产生一定的问题，使得电路网络配备难以适应这种连接方式，这与分布式的电源接入配电网时所产生的继电保护问题相同。
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2.2极限电路与电网保护
目前我国具有一定规模的风电场所运用的极限电路与电网的保护多数都是35KV的继电保护装置，容易看出，风力发电作为分布式的供应电源，与一般的配电网络之间存在这一定的差别。此外，风电场的故障电流还具有持续时间较短的特点，风力发电机的运行在很大程度上受自然状况的影响，伯南关切表现较为明显，只是根据本地的信息来进行继电保护，所产生的继电保护质量较为有限。将现有的先进的通信技术与智能化的电网技术合理地运用到整个风电继电保护装置中去，进而构建出一套新的线路与新的继电保护体系，这对整个风力发电产生的意义是极大的，也是值得相关人员思考的。
2.3风电接入对配电网继电保护的影响
风电并入电网会改变配电网的拓扑结构，导致功率、潮流分布变得更加复杂。研究发现基于异步机组的风电场接入配网后，下游保护保护范围增大，有可能延伸到保护的下一段，使保护失去选择性。风电场上游发生故障时，风电场提供的反向故障电流使故障点电弧不能熄灭，线路重合闸不成功，将延长瞬时性故障的停电时间；当下游发生故障时，风电场上游保护处短路电流减小，可能导致其作为下游保护的后备保护而拒动，风电场下游故障电流呈增大趋势，又有可能引起其作为主保护而误动。相邻线路发生故障，风电场向上游保护提供反向故障电流，可能引起保护误动，其越靠近风电场，影响越大，可以考虑在可能引起误动的保护处加装方向元件。风电接入配电网对电流保护产生的影响与风电接入位置、接入容量、故障位置以及线路长度等因素有关，如果不釆用有效的保护配置方案，当风电的容量达到一定的比例时，原有的保护将不能满足风电大规模接入电网的发展需求
3风电场继电保护配置方案
3.1风电机组本体保护和集电线路保护
风电机组本体保护主要为：机组配置电压越限保护、频率越限保护、两段式电流保护及相间不平衡保护，通过跳开风机出口低压侧断路器使机组退出运行；直驱风电机组变流器保护一般配置针对直流侧电容的卸荷电路保护；箱变高压侧配置熔断器作为箱变高压侧的短路保护，低压侧配置过电流断路器，用来保护箱变低压侧至风机出口的短路故障和过载现象。集电线路配置电流速断保护为主保护，过电流保护作为后备保护。风电机组箱变发生故障时应由机组低压侧断路器和熔断器配合将故障切除，集电线路保护作为熔断器的后备保护。
3.2风电场送出线路保护配置
对于接入220kv及以上系统的风电场，在送出线路的两侧装设分相电流差动微机保护是比较好的方案，风电场侧后备保护可配置快速Ｉ段，无须配置带时限保护；系统侧后备保护按正常配置。由于差动保护装置中具有差电流选相元件，故障时能够正确选相，因此，风电场送出线路两侧重合闸应使用单相重合闸方式，可有效减少单相故障时线路停运时间。对于Ｔ接多个风电场的风电联络线，应在系统侧配置距离Ｉ段、零序Ｉ段及其他带时限的后备保护；各风电场侧可不配置保护。对于接入220kv以下系统的风电场，其装机容量一般较小，送出线路的风电场侧可不装设保护装置。系统侧保护应配置距离、电流等保护，重合闸采用三相重合闸方式。
4结束语
随着新能源技术的不断发展，风力发电技术在整个电网系统中的地位也将越来越重要，风电场接入电网系统后，对整个继电保护装置产生的影响都是极大的。在对电网系统及继电保护配置进行规划的时候，不仅要考虑到整个系统的相关性能，还要对所配置的装置的特点进行充分的考虑，这样，才能有效减少故障出现的效率，进而确保整个电网系统更好的运转。
参考文献：
[1]35kv变电站的继电保护配置及其整定计算[J].李炎桓.中国高新区.2017（16）
[2]浅谈如何提升电网继电保护管理水平[J].赫伟强.科技与企业.2014（22）
论文作者:黄攀
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
标签：故障论文; 电流论文; 风电场论文; 电网论文; 风电论文; 继电保护论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第31期论文;