肖彦江（大唐新能源山东公司，山东省青岛市266400）

风电场适应性继电保护的探讨

肖彦江（大唐新能源山东公司，山东省青岛市266400）

在科技水平与经济水平的共同推动下，电能的消耗量逐年上升，电能资源匮乏问题慢慢凸现出来。在此背景下，风力发电得到了重视及有效开发，然而风电接入尤其是大规模风电接入对继电保护产生的影响是不可忽视的。如何实现风电继电保护的应用，以确保保护动作的有效性及可靠性，提高其稳定性，是目前亟待解决的问题。

继电保护；风电场；风电接入

引言

电能的质量及其稳定性与风电场电力系统有着直接的影响作用，假如风电场的电网出现故障，那么其电容量就会发生变化，这时风电场的输出电流就有可能会超出系统所要求的最大短路电流。所以，以下就电网故障情况下，风电机组的保护及短路电流的分析探讨具有重要意义，对风电场适应性继电保护的采用具有有效地帮助。

1 风电机组及风电场的故障特征分析

一般情况下，风电机组与传统发电机组相比较而言，所采用的发电机多是异步的，其不包含专门的励磁装置，且时间常数与转动惯量比较小，因此，与传统同步发电机组相比较言，它发生的故障特点以及输出电流的大小都发生了一定程度的改变。风电接入对继电保护的性能具有很大的影响，主要从衰退特性、波形分析等几个方面来对风电场的风电机组所产生的故障进行分析研究。因为传统的配电网所使用的网络结构大多都是辐射状的，而大型风电场集电线路与之存在着显著的区别，加之所有的集电线路两侧母线上都有电源分布，通常称其为双端电源元件，所以风电场继电保护的整定原则与配置方式也发生了较大差别。电网保护配合关系、保护的配置方式等均是风电场网络保护与风电线路保护的主要依据原理。如何实现电网中大规模风电的接入是现阶段世界范围内研究的重点，继电保护的主要作用在于为电网的安全运行提供服务。当前还没有大规模的凸显出继电保护的不足，随着调度等相关问题的解决，在电网供电结构中风电所占的比例越来越大，随之风电场适应性继电保护必将会越来越受到重视。

2 风电对电网继电保护的影响

（1）如果异步发电机出现短路问题，那么其各项电流就会迅速按照指数规律逐步的衰减，直到减小到零为止。因为转子的转速决定着感应电机的短路电流，而定子绕组其非周期的电流初值以及暂态阻抗决定着其电流的初值，所以，感应电机短路电流会随着定子绕组以及暂态的时间常数按照指数规律逐步的衰减到零。短路电流会根据定子绕组时间及暂态时间常数并按照指数规律衰减到零。风电机组所采用的一步发电机不存在独立的励磁装置，如果电网出现短路故障，那么发电机将会失去励磁，再加上发电机两端电压急剧降低，因此，短路电流很难向电网输送，在发电机两相短路的情况下此时输出的短路电流最大，在三相短路时所送出的短路电流是极小的、持续的。

（2）风电并非是连续性的，而是间隙性的，在风电场中通过的潮流有一部分属于双向性的，这就要求风电继电保护与常规的有所差异。在有风期间，风电机组都是与电网相连接的，如果风速发生改变，那么为了更有效避免因风速变化而伤害接触器，则风电机组短路时电动机运行，这样如果系统当中的潮流方向发生了改变，那么就会造成继电保护装置发生误动。

（3）与常规异步发电机的定速风电机组相比较而言，并网运行的双馈风电机组的短路电流特性存在着较大的差异。当系统出现短路故障，电机各相电流就会迅速产生按照指数的规律逐步衰减。双馈电机短路电流的初值主要取决于定子绕组非周期电流初值及暂态阻抗，原因在于双馈电机转子仅仅对励磁支路进行考虑。当线路发生短路时，双馈电机短路电流根据定子绕组及其暂态时间常数按照指数的规律迅速衰减。双馈风力发电机所提供短路电流，在发生两相短路故障时电流会很大，而在发生三相故障时仅仅是持续性的、瞬间性的。

（4）公用电网电源是风电场故障电流最主要的提供者，而仅仅通过有限的故障电流来实现对故障发生的有效识别，从而对风电场进行保护尚且存在着一定的困难。

3 风电场接入继电保护的有效措施

（1）加强故障电流波形特点的研究。对于大部分继电保护装置而言，其保护的重点往往是短路电流值及其衰减特征等方面，对保护影响的考虑也只是从几继电保护配合与整定的角度出发。通常情况下，故障电流的波形特点及暂态的滤波算法是影响继电保护性能的非常重要的因素，因此，对线路故障电流的波形特征进行分析，并以此为基础仔细、全面地分析继电保护性能是非常有必要的。

（2）强化风电场控制系统与电网继电保护装置的配合。通常情况下，风电场继电保护定制及其继电保护时限必须与电网保护相配合。然而，在进行电网中风电场接入管理工作的过程中，为了防止出现因定值问题造成脱网故障，需要风电场及电网保护这两个部门之间加强交流与沟通，同时在工作过程中相互协调与配合。此外，还应该加强电网自动重合闸、后备保护以及紧急情况发生时切断机器、切断负荷等保护工作，同时还要不断加强风电场控制工作间的相互配合与协调，从而实现保护动作有效性和可靠性的提高，风电场的稳定。

（3）加强风电场集群的线路继电保护方法的开发。一般而言，线路发生故障时，风电机组无法输出短路电流，致使短路电流波形不稳定，很容易受到其它因素的影响而发生一定的变化，因此，想要有效地识别出故障就需要充分地考虑电网带来的短路电流情况。由于电网的应用而产生短路电流，就必须全面地考虑及分析电力系统保护的定值配合问题以及延时配合问题，主要原因在于故障排除时间越长，风电场系统与电力系统的稳定性就会越低，因此，全面地分析和研究风力场线路故障的特征是非常有必要的，同时要不断加强风电场集群的线路继电保护方法的开发。

（4）电磁暂态仿真模型的构建。电网中永磁直驱机组与双馈风电机组所占比例的增加，这些风电机组的控制策略与控制系统较为复杂，其控制策略与故障电流之间紧密相连，而风电机组的控制是继电保护中不可避免地要涉及到的。因此，应该加强电磁暂态仿真模型的开发与构建，从而为继电保护性能与整定分析提供帮助。

4 结语

总而言之，坚定不移地发展风电是保护能源、节约资源、发展低碳经济的必然选择。风电场系统及电力系统可靠性的提高的关键在于全方面地分析存在的问题，不断总结经验，从而确保电场保护采用适应性保护，使保护动作的有效性及可靠性得到有效提升，实现风电场稳定，风电的可持续健康发展。通过对风电机组及风电场的故障特征及风电对电网继电保护影响的分析，从而提出了风电场接入继电保护的有效措施，对风电场保护采用适应性继电保护起到了抛砖引玉的作用。

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