论文部分内容阅读
【摘要】风力发电有效地缓解了我国电力资源不足的问题，随着大规模风力发电的应用，其中存在的问题也逐渐地暴露出来，而且其对继电保护也提出了新的要求。继电保护在电力系统中有着举足轻重的地位，想要确保电力系统的稳定运行，就必须重视继电保护，而大规模的风电接入，会对继电保护工作产生一定的影响。
【关键词】大规模;风电接入;继电保护;问题
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、大规模风电接入的继电保护的影响
大规模风电接入后会对电力系统造成一定的影响，其中，常见的影响主要有3点：①影响继电保护配置。在电力系统运转的过程中，如果应用大规模风力发电，必须要适当调整升压变压器，使其接地。这就在一定程度上改变了联络线的零序保护，从而导致继电保护装置的灵敏度下降。同时，风电场没有能力保证整个系统的运行，需要为其安装弱馈装置，这样电力系统才能稳定运行。但是，综合考虑成本等各方面的因素，一些发电厂根本就不愿意安装保护装置，极有可能出现拒动的现象。②影响电力系统的整体设计。在实施大规模风电接入的过程中，需要对其进行调整设计。从我国目前的情况来看，大部分风电场基本上都是先升压再将之与变电站母线相连接，然后传送，而配电网的保护方式却没有发生变化。实现大规模风电接入后，接入点的线路保护性能会受到不同程度的影响，极有可能发生选择性跳闸的情况。③影响电力运行的稳定性。在我国，实施风力发电时，通常借助的是异步发电机，这就涉及到有用功率的发出问题。在这一过程中，需要从系统中吸收无功功率。而大规模风电接入后，无功功率将会影响整个系统的电压稳定性。另外，风力发电会因为风的大小而发生变化，具有较强的不稳定性，并且不同型号的发电机谐波差异比较大，更换设备时会对频率的稳定性产生影响，进而影响整个系统的电力稳定性。
三、大规模风电接入的继电保护问题
3.1有高/低电压穿越问题
风是不可控能源，风机多是异步或永磁式发电机，机组本身无励磁调节系统，发电机、变压器等设备都要消耗无功。当电网事故，系统电压降低，风机无调节励磁功能，来支持电网电压恢复，反而因电压降低（0.9-.085）Ue，低电压保护动作而跳闸，当大量机组跳闸，势必会因线路充电功率、无功消耗设备减少使系统电压升高，很多風机又会因过电压（1.1-.1.15）Ue跳闸，使事故扩大。
3.2无功补偿响应时间问题
目前风电系统中无功补偿设备主要有两个作用：①用于提高功率因数。风力发电系统中有大量的感应装置，正常运行需要通过电容式无功元件来补偿功率因数。②用于调节系统电压。通过无功补偿装置对输电线路进行调压是目前风力发电系统调压的主要方式，在调压的同时还能起到降低变压器及线路损耗的效果。通过测算风力发电系统中集电线路对无功功率的损耗为3%～6%，变压器对无功功率的损耗为10%～15%，系统中总体无功功率需求为20%～25%。
3.2.1常用的无功补偿方式在国内的风电场无功补偿的三种主要方法：首先，利用电容器分组等容性元件进行自动补偿;其次，基于SVG的动态无功补偿;最后，基于SVC的静态无功补偿。
3.2.1.1电容器分组的自动补偿
风力发电系统中的无功补偿主要是通过对集中、固定容量的静态电容器组进行调节，完成电容器整组投切工作。但风力发电系统中功率因数和电压变化的主要成因是系统负荷的波动，固定的电容器组无法根据实际系统的无功需求、功率因数与系统电压的变化随时对电力系统的无功补偿容量进行调整。
3.2.1.2基于SVG的动态无功补偿
SVG通过变压器或电抗器将自换相桥式电路并联在电网上，可以随时调节桥式电路交流侧的输出电压的相位和幅值，直接通过控制交流侧的电流，使得电路装置能够吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿。
3.2.1.3基于SVC的静态无功补偿
静止无功补偿器是指用快速动作的电子开关（如晶闸管）代替机械开关，主要用于调整无功功率的装置，装置不含机械传动部件，具有调相机的功能，是一种快速、平滑、可控的无功功率补偿装置。
四、大规模风电接入的继电保护问题的解决措施
4.1无功补偿装置优化
在风力发电系统中，无功功率主要由变压器、电机、线圈等设备在电力系统中的运行所产生。合理选择补偿装置，可以降低电网的电网损耗，提高电网的输出电能质量，通过电容器直接补偿负荷产生的无功，以保证电网的电压和功率的稳定性。
4.2有效控制电压水平
电压是衡量电能质量的一个重要指标。质量合格的电压应偏移，电压波动和闪烁，四个方面的电网谐波和三相不对称，可以满足国家有关标准的要求。允许合理的无功功率源配置是保证电压合理的关键。
4.3加强重合闸的管理
电网与电力系统中所设置的重合闸，其对大规模风电接入，有着紧密的联系，影响继电保护性能，因此为了提高大规模风电接入的保护效率，则需要重点分析重合闸故障原理。基于风电场难以精准的确定继电保护保障具体位置以及故障电阻，所造成的故障电压参数，因为故障电压差异，即便电压<20%额定电压，风电机组依旧维持LVRT功能，则会全部跳闸。对此则提出FRT要求，即采取多次零电压穿越方式，确保每次穿越的时间<100ms，基于风电场的实际情况，考虑将穿越时间设置为125ms，以获取更高的结果。
4.4调整运行方式
针对大规模风电接入的继电保护问题，重点考虑风电场故障特点，以保护配置为基础，合理选择接地方式，采取中性点接地方法，此接地方法会影响风电场的安全运行情况，对此则需要加强对其控制，在进行故障切除时，可以基于避免故障扩大的原则，合理的选择机电系统接地方式。若风电场为新建电场，则可以选择电阻接地方式，基于风电场的生产情况以及环境情况，做好相应的保护措施。
4.5加强风电并网运维以及故障管理
现代风电场管理系统中，多数设有监控系统，利用监控室内部的各类监控系统，同时为了确保风电系统功能分析的精准性以及安全性，在管理过程中运用风电机组主设备型号，以及低电压穿越功能的投退状态等，做好系统运行情况分析，以获取更多有关继电保护运行状态信息，进而为继电保护管理工作，提供数据支持，以确保风电系统运行的安全性与稳定性。
结语
我国大规模风电基地在实际运行过程中所遇到的问题，及时警醒了我们，使我们可以清醒的认识到大规模风电接入对继电保护的影响。面对此种情况，在坚定不移使用大规模风电的过程中，应该根据我国的气候条件和实际的发展情况，大力发展低碳经济，在此基础上稳定的发展风电。
参考文献
[1]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.
[2]徐覃萍.风电接入对配电网继电保护的影响及其保护配置研究[D].广西大学，2014.
【关键词】大规模;风电接入;继电保护;问题
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、大规模风电接入的继电保护的影响
大规模风电接入后会对电力系统造成一定的影响，其中，常见的影响主要有3点：①影响继电保护配置。在电力系统运转的过程中，如果应用大规模风力发电，必须要适当调整升压变压器，使其接地。这就在一定程度上改变了联络线的零序保护，从而导致继电保护装置的灵敏度下降。同时，风电场没有能力保证整个系统的运行，需要为其安装弱馈装置，这样电力系统才能稳定运行。但是，综合考虑成本等各方面的因素，一些发电厂根本就不愿意安装保护装置，极有可能出现拒动的现象。②影响电力系统的整体设计。在实施大规模风电接入的过程中，需要对其进行调整设计。从我国目前的情况来看，大部分风电场基本上都是先升压再将之与变电站母线相连接，然后传送，而配电网的保护方式却没有发生变化。实现大规模风电接入后，接入点的线路保护性能会受到不同程度的影响，极有可能发生选择性跳闸的情况。③影响电力运行的稳定性。在我国，实施风力发电时，通常借助的是异步发电机，这就涉及到有用功率的发出问题。在这一过程中，需要从系统中吸收无功功率。而大规模风电接入后，无功功率将会影响整个系统的电压稳定性。另外，风力发电会因为风的大小而发生变化，具有较强的不稳定性，并且不同型号的发电机谐波差异比较大，更换设备时会对频率的稳定性产生影响，进而影响整个系统的电力稳定性。
三、大规模风电接入的继电保护问题
3.1有高/低电压穿越问题
风是不可控能源，风机多是异步或永磁式发电机，机组本身无励磁调节系统，发电机、变压器等设备都要消耗无功。当电网事故，系统电压降低，风机无调节励磁功能，来支持电网电压恢复，反而因电压降低（0.9-.085）Ue，低电压保护动作而跳闸，当大量机组跳闸，势必会因线路充电功率、无功消耗设备减少使系统电压升高，很多風机又会因过电压（1.1-.1.15）Ue跳闸，使事故扩大。
3.2无功补偿响应时间问题
目前风电系统中无功补偿设备主要有两个作用：①用于提高功率因数。风力发电系统中有大量的感应装置，正常运行需要通过电容式无功元件来补偿功率因数。②用于调节系统电压。通过无功补偿装置对输电线路进行调压是目前风力发电系统调压的主要方式，在调压的同时还能起到降低变压器及线路损耗的效果。通过测算风力发电系统中集电线路对无功功率的损耗为3%～6%，变压器对无功功率的损耗为10%～15%，系统中总体无功功率需求为20%～25%。
3.2.1常用的无功补偿方式在国内的风电场无功补偿的三种主要方法：首先，利用电容器分组等容性元件进行自动补偿;其次，基于SVG的动态无功补偿;最后，基于SVC的静态无功补偿。
3.2.1.1电容器分组的自动补偿
风力发电系统中的无功补偿主要是通过对集中、固定容量的静态电容器组进行调节，完成电容器整组投切工作。但风力发电系统中功率因数和电压变化的主要成因是系统负荷的波动，固定的电容器组无法根据实际系统的无功需求、功率因数与系统电压的变化随时对电力系统的无功补偿容量进行调整。
3.2.1.2基于SVG的动态无功补偿
SVG通过变压器或电抗器将自换相桥式电路并联在电网上，可以随时调节桥式电路交流侧的输出电压的相位和幅值，直接通过控制交流侧的电流，使得电路装置能够吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿。
3.2.1.3基于SVC的静态无功补偿
静止无功补偿器是指用快速动作的电子开关（如晶闸管）代替机械开关，主要用于调整无功功率的装置，装置不含机械传动部件，具有调相机的功能，是一种快速、平滑、可控的无功功率补偿装置。
四、大规模风电接入的继电保护问题的解决措施
4.1无功补偿装置优化
在风力发电系统中，无功功率主要由变压器、电机、线圈等设备在电力系统中的运行所产生。合理选择补偿装置，可以降低电网的电网损耗，提高电网的输出电能质量，通过电容器直接补偿负荷产生的无功，以保证电网的电压和功率的稳定性。
4.2有效控制电压水平
电压是衡量电能质量的一个重要指标。质量合格的电压应偏移，电压波动和闪烁，四个方面的电网谐波和三相不对称，可以满足国家有关标准的要求。允许合理的无功功率源配置是保证电压合理的关键。
4.3加强重合闸的管理
电网与电力系统中所设置的重合闸，其对大规模风电接入，有着紧密的联系，影响继电保护性能，因此为了提高大规模风电接入的保护效率，则需要重点分析重合闸故障原理。基于风电场难以精准的确定继电保护保障具体位置以及故障电阻，所造成的故障电压参数，因为故障电压差异，即便电压<20%额定电压，风电机组依旧维持LVRT功能，则会全部跳闸。对此则提出FRT要求，即采取多次零电压穿越方式，确保每次穿越的时间<100ms，基于风电场的实际情况，考虑将穿越时间设置为125ms，以获取更高的结果。
4.4调整运行方式
针对大规模风电接入的继电保护问题，重点考虑风电场故障特点，以保护配置为基础，合理选择接地方式，采取中性点接地方法，此接地方法会影响风电场的安全运行情况，对此则需要加强对其控制，在进行故障切除时，可以基于避免故障扩大的原则，合理的选择机电系统接地方式。若风电场为新建电场，则可以选择电阻接地方式，基于风电场的生产情况以及环境情况，做好相应的保护措施。
4.5加强风电并网运维以及故障管理
现代风电场管理系统中，多数设有监控系统，利用监控室内部的各类监控系统，同时为了确保风电系统功能分析的精准性以及安全性，在管理过程中运用风电机组主设备型号，以及低电压穿越功能的投退状态等，做好系统运行情况分析，以获取更多有关继电保护运行状态信息，进而为继电保护管理工作，提供数据支持，以确保风电系统运行的安全性与稳定性。
结语
我国大规模风电基地在实际运行过程中所遇到的问题，及时警醒了我们，使我们可以清醒的认识到大规模风电接入对继电保护的影响。面对此种情况，在坚定不移使用大规模风电的过程中，应该根据我国的气候条件和实际的发展情况，大力发展低碳经济，在此基础上稳定的发展风电。
参考文献
[1]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.
[2]徐覃萍.风电接入对配电网继电保护的影响及其保护配置研究[D].广西大学，2014.