風電機組并網110 kV系統后的定值配合方法

馬玉玲，劉寶柱，廖洪濤

(1.華北電力大學 電氣與電子工程學院，北京 102206;2.寧東供電局，寧夏 銀川 750411)

0 引言

風力發(fā)電作為清潔能源發(fā)電方式在我國得到了廣泛的發(fā)展，目前，寧東電網風力發(fā)電機組裝機容量已達到300 MW。隨著風電機組裝機容量的不斷增大，風力發(fā)電的不穩(wěn)定性對系統的影響也日漸明顯，為此，風力發(fā)電應具有低壓穿越能力，當電網發(fā)生短路故障引起風電并網點電壓跌落時，要求風電機組在電壓不低于20%額定電壓時不脫網連續(xù)運行。在此情況下，風力發(fā)電機將向短路點提供一定的短路電流，因此，整定計算時不應該僅將風電考慮成負荷，而忽略風電系統提供的短路電流。

1 110 kV系統風電接入及保護配置情況

某110 kV風電場總裝機容量為99 MW，每條35 kV饋線分別接有11臺風機，單臺風機容量為1.5 MW，圖1為系統接線圖。110 kV聯絡線配置光纖差動保護，實現全線速動功能，110kV升壓變壓器及35 kV饋線均配置了常規(guī)的保護功能。

圖1 系統接線圖

2 保護定值整定時應考慮的因素

具有低電壓穿越能力的風機接入系統后，當系統某點發(fā)生故障導致風電機組所接母線電壓發(fā)生波動時，只要電壓符合圖2中風機不脫網連續(xù)運行的要求，就可以保證無故障風機不被脫網，保證電網安全、穩(wěn)定運行。

(1)風電場內的風電機組具有在并網點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網連續(xù)運行625 ms的能力。

(2)風電場并網點電壓在發(fā)生跌落后2 s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內的風電機組能夠保證不脫網連續(xù)運行。

圖2 對風電低電壓穿越的技術要求

針對以上低電壓穿越的描述，提出幾點整定時應考慮的因素:

(1)目前，風電的暫態(tài)等值模型尚無準確的建立方法，為充分考慮風電機組在故障狀態(tài)下的影響，風電場升壓變壓器后備保護以及35 kV饋線保護可投入方向元件，確保上、下級以及本級之間保護的配合。

(2)假設圖1中35 kV饋線的線路發(fā)生相間短路故障，35 kV母線故障相電壓發(fā)生跌落，此時311開關保護應在625 ms內切除故障，以保證同一母線的其他風電機組不脫網運行。考慮到保護接點動作時間以及斷路器分閘時間等固定延時，311開關最末段保護的整定時間應小于0.5 s。

(3)對于110 kV單回聯絡線而言，聯絡線故障保護跳閘到重合閘時間間隔至少有1.0 s，大于625 ms的低壓穿越時間，風電機組保護會動作切機，因此，可投入重合閘無檢定方式。雙回并列運行聯絡線應投入檢同期重合閘，35 kV饋線的重合閘應退出運行。

從保證電網安全、穩(wěn)定運行的目的出發(fā)，保護定值應側重靈敏性要求，尤其是35 kV饋線保護，可適當延長各段的保護范圍。

下面以圖1所示變電站接線方式為例，介紹各保護的具體整定方法。

3 整定方法

3.1 35 kV 饋線保護

速斷電流、限時速斷電流投入方向元件，方向由母線指向線路，過電流可退出方向元件，作為本級線路的總后備。

(1)速斷電流定值可按最遠風機箱式變壓器高壓側有一定靈敏度整定，同時躲過匯集線箱式變壓器投運過程中可能出現的最大勵磁涌流。

(2)限時電流速斷保護按最遠風機箱式變壓器低壓側有靈敏度整定，延時取0.3 s。

(3)過電流保護定值按躲過最大負荷電流原則整定，延時取 0.5 s。

在實際整定過程中，由于箱式變壓器短路阻抗參數較大，按照“保證箱式變壓器低壓側有靈敏度”的整定原則，速斷電流定值往往小于線路最大允許負荷電流，此時可適當犧牲靈敏度。箱式變壓器低壓側存在故障時，由高壓側熔斷器及低壓側小開關保護實現保護功能，限時電流速斷保護及過電流保護電流定值按躲過最大負荷整定，取相同電流定值。限時電流速斷動作時間為0.3 s，帶方向;過電流動作時間為0.5 s，不帶方向。

3.2 110 kV升壓變壓器后備保護

(1)兩側均投入一段復壓方向過流。低壓側方向由變壓器指向低壓母線，定值及時間與低壓出線的速斷或限時速斷配合;高壓側方向由高壓母線指向變壓器，定值及時間與低壓側方向過流段配合。

(2)兩側均投入一段不帶方向的復壓過流。低壓側過流與低壓側出線過流配合，保證低壓側最長出線末端故障時有足夠的靈敏度。高壓側過流作為變壓器的總后備，與低壓側不帶方向過流配合，保證升壓變壓器低壓母線故障時有足夠的靈敏度。

3.3 110 kV聯絡線保護

聯絡線系統側的后備保護可投入距離、零序各段保護，風電側的距離、零序保護退出運行。

4 結束語

本文分析了具有低壓穿越能力的風電場接入電網后定值整定方面應考慮的因素，對風電場及電網聯絡線的定值配置進行了介紹，提出了整定方案。定值整定工作應全面考慮風電機組在系統發(fā)生故障時所提供的短路電流，確保裝置正確動作。

［1］DL/T 584—2007，3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規(guī)程［S］.

［2］劉萬琨，張志英，李銀鳳，等.風能與風力發(fā)電技術［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2007.

［3］文玉玲，晁勤，吐爾遜·依布拉音.風電場對電網繼電保護的影響［J］.電力系統自動化，2008，14(7):15 －18.

［4］肖運啟.雙饋風電機組線性建模及特性分析［J］.電機與控制應用，2010(5):7－10.

［5］宋少群，付超，張?zhí)m英，等.風電場并網聯絡線重合閘的合理配合方式［J］.電力系統自動化，2010，34(20):77－79.

［6］梁玉枝，崔樹平，王冬梅.對風電場接入電網后系統繼電保護配置的探討［J］.華北電力技術，2009，33(9):1 －4.

［7］胡家兵，賀益康.雙饋風力發(fā)電系統的低壓穿越運行與控制［J］.華北電力技術，2008，32(2):49 －52.