摘要：随着社会的不断发展，对于电力能源的需求量越来越大，因而对于发电问题也更为关注。由于传统的火力发电或对环境造成严重的影响，因而目前对于风力发电等清洁型发电方式的应用越来越广泛。不过，在大规模风电接入的情况下，给继电保护也带来了更大的难题。因此，本文主要结合风电场和风电机组的故障特性，以及大规模风电接入对继电保护的影响，提出了相应的解决对策。
关键词：大规模；风电接入；继电保护
一、继电保护概述
继电保护作为电力系统中的主要构成设备，继电保护装置能够快速的识别以及切除电网系统故障问题，对确保电网运行的安全性与稳定性，有着极大的帮助。风力发电作为未来能源的主要形式，被广泛的应用于电力系统。风力发电机组保护的主要形式是高频或者低频，以及电网故障保护。保护装置运行后，则会发出动作信号，基于故障性质，能够自动切除。箱式变压器中的熔断器，能够实现全范围保护，或者作为短路保护，使用高压熔断器，用作过载保护，则使用低压熔断器。风电场并网线路中，主要选择的是单项线路，此线路光纤纵差，通常需要采取距离保护与高频保护，当单线与单压发生变化时，电网侧面距离便能够对单升压做有效保护。
二、风电场和风电机组的故障特性
电流大小计算、波形分析、暂态和稳态电流衰减特点分析等，都是风电场和风电机组故障特性中的重要组成部分。相比于同步发电机，在风电机组中，对感应式异步发电机的应用更加广泛，其中不包含励磁装置，并且转动惯量、转动时间常数等都不大，因而也具有不同于同步发电机的故障特性。基于其中的低电压穿越特性、电力电子设备保护方法，使得控制要求被增加，因而在风电机组中，产生了复杂程度更高的电磁暂态过程，会对继电保护的效能产生更大的影响。在过去的继电保护中，通常基于发电机电源、三相对称系统等[1]。而在风电机组中，采用双馈式、鼠笼式异步电机，由于其中不包含专门的励磁结构，因而一旦发生电网故障，系统无法向机组提供励磁，因而无法向电网连续提供短路电流。
三、大规模风电接入对继电保护造成的影响
通过大量的分析和研究，总结了大规模风电接入对继电保护造成的影响如下：
（1）小电流系统故障选线难。从我国35kV集电系统的运行状况来看，大多数系统的运行时不接地的，对于单相接地的系统，往往存在着1-2h的运行时间，这就使得了其适合架空线路的运行。当有大规模风电接入时，势必会给小电流系统的选线造成较大的难度。此外，由于小电流系统的单相接地隐患较难发现，这样会导致电力故障的进一步放大。因此，对于小电流系统的故障选线，可以借助于各种暂态信号，从而来提升机组运行的稳定性。
（2）风电机组短路。在电力系统的运行过程中，一般运行电压越高，其系统运行越稳定。例如对于330kV以上的运行主网，一旦发生事故，事故的切除率高达100%，然而这将会对风电场并网点处的电压造成较大的影响。如图1所示，当风电机组出现短路故障后，如果故障的持续时间小于0.1s，在延迟1s后往往会进行重合。这样就导致了风电机组即使承受住了第一次冲击，也很难穿越第二次冲击。
（3）频繁脱网。当前国内主要应用的检同期是在同期开关合入前，先对开关两端的同期条件（电压、频率、角度在允许范围内，可在定值内整定）是否满足进行检测，当满足时再合入同期开关。为了确保实现风电网络的稳定运行以提高供电的可靠性，其以电网并网点的方式来实现风力电源的接入，一旦当联络线跳闸，相应的风机就会转为动态过程，检同期方式就会失效，进而无法实现重合闸，造成风电脱网。
四、大规模风电接入的继电保护问题
4.1小电流选线装置的动作率较低
集电系统多为不接地系统，该种接地方式很难达到小电流选线装置性能，同时难以及时发现装置存在的接地安全隐患，极易扩大系统故障。非接地电路以及故障线路，只能够流经微弱电容电流，极大程度上影响风电场的故障排查以及处理效率。
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4.2缺乏励磁结构
多数风电场使用的是鼠笼型异步电机，其缺乏励磁结构，当发生短路故障后，电流下降速度较快，最终造成其难以向电网系统提供稳定电流。
4.3波动性能源并网，极易造成电子元件使用发生出现变化，进而降低原有系统运行的灵敏度
因为风电并网后，受到弱馈因素、控制系统条件因素等，使得原故障提取法以及叠加原理等，难以满足电力系统现生产的要求，同时原结构中距离以及选相单元等，也会受到大规模风电接入的影响，使得继电保护出现问题。风电场故障特征如下：就继电保护的主保护来说，其重点关注风电机组的短路电流供给能力，加之继电保护性能和风电系统等效正负序阻抗，有着密切的关系，因此需要重视风电机组以及风电场等效正负序抗组的主要特征。
五、大规模风电接入的继电保护措施
5.1了解故障电流波形特点
电流最大值、短路电流衰减特性等，通常是继电保护装置的重点保护问题，在保护影响方面，通常会对配合、整定继电保护加以考虑。而在继电保护的相关理论内容当中，并没有对这些内容进行深入、系统的研究和论述[3]。实际上，在故障暂态下的波形特点、滤波算法等，是最为主要的影响继电保护效能的原因之一。因此，在大规模风电接入额基础上，对于继电保护受到其的影响，为了对风电网的运行状态进行维持，对继电保护的作用进行充分的发挥，应当基于短路故障的发生，仔细的分析和了解电流波形特点，从而更好的研究和明确继电保护的整体效能。
5.2融合操作系统和保护装置
为了确保继电保护装置能够充分的发挥出其保护功能，就应当有效的处理继电保护装置的定值问题和时限问题。使其能够更好的配合风电网保护。在实际的操作当中，由于是由不同的部门分别负责风电场配置、电网保护等工作，所以，应当在两个部门之间，建立良好的沟通与联系，对二者的功能进行良好的融合，从而有效的协调和处理时限问题与定值问题，使其能够更好的配合风电网的保护工作。基于此，对于电网自动重合闸保护等工作，也应当协调相关的控制工作，从而建立更加完善、系统的继电保护体系，确保风电网良好的运行状态。
5.3创新集群集电线路保护方式
在风电机组当中，通常具有独特的特点，因此，为了能够更为有效的控制和识别其中的故障问题，应当充分、细致的分析短路电流的波形问题[4]。由于控制模块容易对其产生影响，应有效的分析定值和时延的配合问题，从而对解决故障的时间进行有效的缩短，对风电系统良好的运行状态进行维持。另外，应当全面、系统的分析电路故障特点，从而创新集群集电线路的的保护方式，使电力系统的安全性、可靠性等都能够得到良好的提升，在大规模风电接入的情况下，更好的实现电网供电。
结论
电力行业转型发展，走新型能源道路是必然趋势，风电接入是主流趋势，能够满足电力行业当下时期发展的需求，但是大规模风电接入，使得继电保护问题频发，针对此问题，电力企业早已进行研究，采取各种控制措施，以确保风电系统运行的安全性，但是由于影响因素较多，需要基于风电场的实际情况，选择适当的应对措施。
参考文献
[1]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，2013，01：21-27.
[2]聂文昭，明亮，刘璐.大规模风电接入对继电保护的影响与对策[J].黑龙江科技信息，2015，26：33.
[3]廖志刚，何世恩，董新洲，王宾，曹润彬，施慎行，李津，郑伟.提高大规模风电接纳及送出的系统保护研究[J].电力系统保护与控制，2015，22：41-46.
[4]王晨清，宋国兵，汤海雁，迟永宁，常仲学，李端祯.距离保护在风电接入系统中的适应性分析[J].电力系统自动化，2015，22：10-15.
论文作者:谷树成
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/17
标签：风电论文; 继电保护论文; 电流论文; 故障论文; 系统论文; 机组论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第18期论文;