摘要：风能作为一种可再生绿色能源具有改善能源结构、经济环保等方面的优势，但是由于风能不可控制的特性及风电场规模的不断扩大，对整个电网的安全稳定运行造成了巨大的影响。本文重点对大规模风电接入电网后会对继电保护系统造成的影响及如何解决这些问题进行分析探讨。
关键词：风电并网；继电保护；影响
一、前言
传统的电力系统是单电源福射状的网络，稳定运行时，电流方向从电源流向用户。电网中大量的继电保护装置早已存在，保护装置也是按单电源辖射状网络结构设计的。风电的接入使网络结构由单电源变为双电源或多电源网络.
在风力发电的初期，由于并网风电场的容量比较小，在电力系统保护配置和整定计算时往往未考虑风电场的影响，而是简单地将风电场视为一个负荷，或将风力发电机作为同步发电机处理，不考虑其提供的短路电流。然而，当大规模风电场接入系统时，在电网发生故障时风力发电机将向系统提供一定的短路电流。如电网发生故障，风电场容量大到一定程度，风电场提供的短路可能会超过系统侧提供的短路电流，在进行电网设备选择、校验和继电保护配置、整定时，就应该考虑风电短路电流的影响。在此情况下，如果系统保护配置和整定计算仍不考虑风电场的影响则是不合理的，实际运行时可能导致保护装置的误动。
二、风电并网对系统继电保护的影响
1、风电场并网对零序电流保护的影响
风力发电机组升压变压器一般采用 Yn／△型接线，在定子绕组或引出线接地故障时，要求发电机的零序电流保护动作于跳闸。保护动作电流 Idz 的整定计算原则为：躲开风力发电机在起动过程中由于三相电流不完全对称而出现的三相不平衡电流。按此原则整定的 Idz 值较小，若难以躲开引出线相间短路时所出现的不平衡零序电流，则可考虑将零序电流保护加入一定延时。
配置两段零序电流保护，零序电流 I段保护动作于跳闸，零序电流 II 段保护动作于告警。其中零序电流定值按躲过电机外部单相接地时的零序基波电流来整定，零序电流延时可整定为较短延时。
（1）对非风电场接入支路的零序电流保护的影响：
①风电场的接入对长线路的零序电流保护Ⅱ段的灵敏度没有影响。
②风电场的接入使短线路的零序电流保护Ⅱ段的灵敏度下降，当风电场零发时，风电场对零序电流保护Ⅱ段的灵敏度没有影响，当风电场满发时，零序电流保护Ⅱ段的灵敏度下降最多。
（2）对风电场接入支路的零序电流保护的影响：
①风电场的接入使线路的零序电流保护Ⅱ段的灵敏度下降，且不管风电场出力大小，闻零序电流保护Ⅱ段的灵敏度都有较大程度的下降。
②在风电场接入支路，越接近风电场的线路，其零序电流保护Ⅱ段的灵敏度受风电场的影响越大。
2、风电场并网对线路距离保护的影响
距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置，常用于35k V 及以上电压的复杂网络中。
（1）在风电场满发的情况下，风电场并网对线路距离保护的影响
①对非风电场接入支路三相短路故障发生后，保护测得的相角差在故障前期出现振荡，0.2s 后趋于稳定。稳定后的相角差相对变大，保护范围变小。长线路三相短路故障后，保护测得的相角差不能稳定，且由于保护装置动作时间存在分散性，距离保护的保护范围不能准确确定。
②对风电场接入支路，三相短路故障发生后，保护测得的相角差没有振荡，相角差相对变大，保护范围变小。
（2）风电场零发的情况下，风电场并网对线路距离保护的影响
不管是非风电场接入支路还是风电场接入支路发生三相相间故障，保护测得的相角
差都没有振荡，相角差接近于-90°，风电场的影响极其有限。
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3、风电场并网对安全自动装置的影响
风电电源接入后，由于升压变压器的接地，系统零序网络发生变化，联络线零序保护的灵敏度下降；并网联络线的自动重合闸功能将受到挑战，这主要是由于目前采用的检同期重合方式需要风电电源在并网点具有稳定性，而大规模风电场在联络线跳开后风机会进入动态过程，不能保证检同期成功，从而可能导致重合失败，最终造成风电脱网；由于风电场向电网馈出持续短路电流的能力差，除非装设专门的弱馈保护，否则并网点联络线保护性能差，拒动将成为常态。
4、风电场并网对继电保护配置方案的影响
当有风电并网的系统发生故障时，在故障切除前，风电场可以类似于异步电机的方式向系统提供短路电流。因此对电网而言，风电场接入电网后对快速动作的主保护有一定的影响。另外，根据保护安装处的电压和电流计算得到的异步发电机阻抗特性为负电阻和正电抗特性，由此在阻抗平面上其轨迹可能落入第2象限从而降低了距离 III 段保护的动作裕度，因此异步风力发电机对并网联络线距离III 段保护动作特性也有一定的影响。
三、降低大规模接入风电场对继电保护的影响
1、对零序电流保护而言：
考虑到风电场的接入使短线路的零序电流保护Ⅱ段的灵敏度下降，必要时将其零序电流保护定值适当调低。
2、对距离保护而言：
（1）因为风电场出力较大时相角差在故障初期会产生振荡，必要时可考虑将线路的相间距离保护Ⅰ段的动作时限调为 0.2s，以躲过相角差的振荡，并将定值适当调高以保证原有保护范围。
（2）建议长线路采用方向距离继电器。
（3）新建线路和更换、改造保护设备时，考虑采用方向距离继电器，以避免风电场的影响。
3、重视风电场继电保护和电网继电保护与安全自动装置的配合
风电场的低电压穿越控制、风电场继电保护的定值和时限均需与电网的保护进行配合。现阶段，风电场与电网保护的整定分属于不同的部门，应加强协调配合，避免由于定值问题所造成的意外脱网事故。同时应加强电网自动重合闸、各种后备继电器以及紧急状态下切机切负荷等继电器与风电场控制的配合，构建协调的电力系统继电保护体系。
4、加强风电场集电线路保护原理的开发
风电场集电线路短路故障会造成风电机组或机群母线电压降低，对于快速响应的现代风电机组而言，故障若不能迅速切除，必将造成大面积脱网事故。风电机组持续提供短路电流的能力差，短路电流的波形受各种控制模块的影响而变得更加复杂，若不考虑电网提供的短路电流，故障识别和隔离将异常困难。利用电网提供的短路电流需要考虑保护定值配合和延时配合的问题，故障切除时间长，不利于风电场和电力系统的安全稳定，因此有必要分析风电场集电线路的故障特点，综合利用风电场内的广域信息，开发性能优良的集电线路及网络保护新原理。
5、做好风电场运行、故障等数据收集研究工作
风电场配有比较完整的监控系统、故障录波组网、相量测量装置等，这些装置可以随时、完整的记录下风电场发生故障时的整个过程，母线以及线路的电压、电流运行波形、故障数据信息、保护以及开关的动作信息、升压站无功功率补偿装置的投退记录也能完整清晰的记录下来，这样就可以进行研究判断继电保护的动作行为、风电机组在产生故障环节中的表现等等，这样针对风电场并网以后，合理规划与完善继电保护配置、保障风电场的安全稳定运行甚至确保整个电力系统的安全性有着非常大的意义。
四、结束语
随着风电电源在电网中所占比例的增大，大规模风电基地通过专用线路长距离输送风能已经成不可改变的现实。对于大容量，具有随机间歇特征的风电，不可能再忽略其对输电网继电保护的影响。继电保护是保证电力系统正常稳定运行的关键装置，风能作为一种特殊的电源形式，大规模风电的接入势必会对输电网继电保护具有一定的负面影响，或者说，传统的继电保护原理并非都能够适应风电的接入，因此有必要对风电接入后的继电保护问题进行研究，降低大规模风电接入对继电保护的影响，从而提高继电保护的运行效率。
参考文献：
[1]梁玉枝，崔树平，王冬梅. 对风电场接入电网后系统继电保护配置的探讨[J].华北电力技术，2009，31（9）：1-4.
[2]何世恩，姚旭，徐善飞.大规模风电接入对继电保护的影响与对策[J].电力系统保护与控制，2013.
论文作者:杨玥昕,罗云芳,李晓阳,解涑转
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/9/18
标签：风电场论文; 电流论文; 电网论文; 风电论文; 故障论文; 继电保护论文; 相角论文; 《基层建设》2018年第27期论文;