风电接入对电网继电保护的影响分析

分布式接入和集中式接入本身也在风电井网中发挥着重要的作用。本文有效地分析两种接入方式，并有效地研究风电接入对之后电网继电保护产生的影响。

【关键词】：风电接入；电网建设；继电保护；影响策略

1 研究背景

风力发电能够在调整电源结构的同时减少污染气体的排放，并在之后有效地降低能源进口方面的压力，并更好地提升我国能源供应的安全性。但由于风力发电成本较高，所以没有办法和火力发电一样取得好的效果。风力发电在我国电网中占据的比例将越来越高。但风力发电本身的随机性和不可控性给电网的运行和管理带来了很大的影响[1]。为了能够更好地提高电网接纳风电的能力，有效地研究风电接入对电网继电保护的影响显得尤为重要。

2 我国风电接入概况

我国风电装机居于世界风电装机总量第一位，包括甘肃、内蒙古、河北和新疆等7个省市在内超过8个千万瓦级别的风电机构都已经通过了国家的审查，并随着时代的发展在不断地发展。从我国全部的风电装机容量统计的数据来看，这超过八千万千瓦的风电总装机容量就已经占据到了五分之四。

随着风力发电厂本身的容量变得越来越大，整个风电场都会对电网的运行产生重要的影响。越来越多的专家也开始重视研究风电系统内部的功率、电压和电能等其他多个方面的内容，最终也会对整个系统的稳定性有重要的影响。风电场接入系统内部的继电保护在使用的过程中还是会出现诸多的问题，必要时需要先分析内部存在的问题，并选择正确的设置方式。

3 风电并网的主要方式

3.1 分布式接入

分布式接入可将风电机组接入到就近配电网络内部的负荷中心，这是出现的最早的一种传统的并网方式。分布式接入经常被运用于风电场容量比较小的场合[2]。目前，丹麦超过80%的风电都是在20kV以下的配电网内部进行接入的。而德国超过70%的配电网络都是在110kV规模以下的电网中接入的。分布式的接入方式如图1所示。

图1 风电分布式接入

3.2 集中式接入

集中式接入也在电网发展的过程中发挥着重要的作用。距离较远的高电压都会直接被并入高压输电网内部。目前，我国的风能资源主要集中在包括新疆、内蒙古和青藏高原等偏远的西部地区和北部地区。不仅风能资源本身的用电负荷分布非常不平衡，且多数区域将会承受较小的电力负荷，并有较小的消纳能力。在实际操作的过程中，采用“大规模、高集中、高电压、远距离”的发展模式才能将较大规模的风能集中在长距离的电网远距离运输的过程中。

数百台的风力发电机有效地分布在大型的风场内部，其装机容量可有数百兆之多。在规划风场的过程中，需同时将风场内部风力发电机本身的布局、单台风力发电机的容量和内部地形等因素有效地考虑在内。并将7台左右的风力发电机组合成一组[3]，风场内部输出的电能就会直接经过风场输送到风电场的低压母线内部。图2显示在经风电场升压变送入输电网的主要结构。

图2 风电集中式接入方式

4 配电网继电保护的原则

限时电流速断保护。这是一种具有延时性的快速保护手段。一般都应通过限制电流迅速切断的故障来保证整个线路的安全。当前扮演保护角色的线路电流1段也能够表现出一定的保护作用，为的就是切断范围以外的故障。

定时限过电流保护。在装置启动后就会出现限保护的动作。流动的电流可通过规避最大承受限度内的电流来有效设定保护模式，这本身也属于三级电流段保护方式。在一般情况下，不仅电网保护动作较小，而且还能有效维持整个线路的长度，并在之后维护好隔壁线路的全部长度，即使在整个电网系统中都能够发挥很好的保护作用。

5 集中式接入对配电网保护的影响

当风电接入到配电网络内部时，最初设定的操作在电流保护设置的基础上都会产生不一样范围的影响。在实际操作的过程中，如果风电接入的位置不一样，则就会产生不一样的故障问题，在之后也会对电网产生不一样的影响。如图3所示，分析如果将假定的风电接在10kV母线B处时，风电接入对配电网络内部电流保护产生的影响。

图3 风电分析式接入对保护影响示意

5.1 故障点出现在风电接入下游位置

保护1。由于风电会产生分流影响，被保护1流经的故障电流会因此减小，风电容量越大则电流也会减小，电流保护的灵敏度也会因此降低。

保护2。由于风电助增产生影响，保护2如果流经故障处则电流将会因此增大。风电容量增大，则流经的电流也会因此增大。之后可让故障电流在短时间内就大于电流速断保护的定值，此时电流速断的保护将会在使用的过程中出现问题。

保护3。风电助增会产生影响，保护3也就会流经故障之处，从而使得电流有所增大，风电容量也会随之增大。整个装置的保护灵敏度会进一步增大。

保护4。正是因为没有受到风电故障内部电流的影响，其保护动作也不会因此产生影响。

5.2 故障点在风电接入上游的位置

保护1。正是因为受到了风电分流的影响，所以流过保护1的故障相电流会因此减小。风电容量如果在增大，其流经的电流会因此减少，最终会使得保护1处的限时电流出现保护拒动的现象。

保护2、保护3和保护4的位置将不会受到风电故障时产生电流的影响，从而对其保护动作也不会很大的影响。

6 风电接入容量对配电网保护的影响

在分析已接入风电存在的配电网络系统时，也需分析风电接入容量对配电网保护所产生的影响。如风电容量在系统内所占数额较小，那么继电保护系统的保护程度就几乎不会产生较大的变动，必须要将容量控制在较小的范围内再进行研究。但如果电网容量本身的数量较大，此时再将风电接入到电网内部时系统就不能够忽略中间可能会产生的故障电流[4]。一旦当故障出现时，在不一样位置的保护点就能够感受到不一样的短路电流，本身输出的容量也会因此不断地改变，需根据实际情况探讨不同容量的风机对整个电网产生的影响。

运用系统内部电源来衡量整个短路电流，并不会和后续风电的接入产生很大的影响。在实际操作的过程中，可依靠风电接入来产生保护2短路电流。本身是随着容量的不断增大，并增加到一定的值域之后，才能够让保护2出现误动。

7 线路长度对配电网保护的影响

还是假设线路中各点为ABCD，保护点为1、2、3，线路长度的不同就会对配电网产生影响。

上游线路长度的变化。先确定系统内部容量的大小和风电接入量的大小，并将大小值更好地确定下来。此时BC段的线路长度会发生变化，保护3的设定量和短路的电流量都会因此发生变化。如此时长度又增加，保护3处速断保护的设定范围则会不断地降低，通过保护3的短路电流会随之减少。如果BC段的长度再持续增加，在风电接入的状况下，所引发的故障电流值将会维持在原本的数值水平。保护3设定的值如果进一步减小，则会使得线路系统出现误动。从以上的情况可以看出，如果线路的长度一直变长，保护误动的程度也会因此变得更加明显。

下游线路长度的改变。如果CD段的线路长度发生了变化，位于保护3处的速断设定值也就会缩小。如在使用过程中出现故障，风电接入后的短路电流将会进一步减少。如CD处线路长度逐步增加，通过保护3处的故障电流就会小于本身的快速切断故障设定值。在这样的情况下，保护的过程会使得系统线路避免出现误动。