雙饋風(fēng)電場(chǎng)的弱饋性及風(fēng)電接入對(duì)突變量保護(hù)元件的影響

何奎 呂飛鵬

摘要：隨著風(fēng)電領(lǐng)域投資的熱化，大規(guī)模的風(fēng)電基地越來(lái)越多，裝機(jī)容量漸趨浩大。但相對(duì)于傳統(tǒng)電網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)有明顯的特殊性，風(fēng)電的弱饋性對(duì)其接入電網(wǎng)的保護(hù)控制裝置的要求成為亟需解決的問(wèn)題，對(duì)突變量保護(hù)元件的影響的分析也需要引起足夠的關(guān)注。文章從雙饋風(fēng)電場(chǎng)的弱饋性入手，分析了風(fēng)電接入對(duì)突變量保護(hù)元件的影響及接入保護(hù)控制面臨的問(wèn)題，驗(yàn)證了相應(yīng)控制措施。

關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)電場(chǎng)；弱饋性；電網(wǎng)接入；突變量

風(fēng)力發(fā)電因?yàn)槠錈o(wú)污染、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為各國(guó)努力推動(dòng)的發(fā)電技術(shù)和投資熱點(diǎn)。近幾年，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電也在跨越式的發(fā)展。其中最大的挑戰(zhàn)就是風(fēng)電基地的并網(wǎng)問(wèn)題，特別是接入電網(wǎng)帶來(lái)的保護(hù)控制裝置的影響首當(dāng)其沖[1]。傳統(tǒng)的配置與新的面臨的問(wèn)題的相關(guān)研究與分析探討還比較少。與傳統(tǒng)的同步發(fā)電技術(shù)相比，風(fēng)電基地有著明顯的特殊性，風(fēng)電的弱饋性對(duì)其接入電網(wǎng)的要求，特別是接入的繼電保護(hù)，即保護(hù)控制裝置的要求具有一定的特殊性，研究風(fēng)電接入對(duì)突變量保護(hù)元件的影響已經(jīng)成為首要問(wèn)題。

1 雙饋風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

目前，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電，但是雙饋風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)既有電網(wǎng)的繼電保護(hù)影響還是相當(dāng)明顯的，主要有以下兩個(gè)方面：一是發(fā)生故障時(shí)，正負(fù)序電流分布系數(shù)差異較大，不再近似相等，影響常規(guī)突變量選相元件和方向元件判斷的正確性；二是由于目前風(fēng)電基地總?cè)萘肯鄬?duì)電網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)較小，所占比例很低，故障期間的弱饋性會(huì)使風(fēng)電場(chǎng)送出線上的突變量保護(hù)元件發(fā)生誤判動(dòng)作[2]。

2 風(fēng)電基地的弱饋性

風(fēng)電基地接入電網(wǎng)有分散式和集中式兩種。通常使用的集中式接人就是把多臺(tái)風(fēng)電機(jī)匯集到集中外送輸電線路，常用的接線方式是：通過(guò)箱式變壓器，將每臺(tái)雙饋風(fēng)電機(jī)出口電壓升高；串聯(lián)多臺(tái)風(fēng)電機(jī)，匯集至中壓匯流線路，經(jīng)主變壓器升至高電壓，通過(guò)送出線路實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。隨著風(fēng)電的發(fā)展，各個(gè)風(fēng)電基地的裝機(jī)容量在增加，但相對(duì)于并入的整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，基地容量偏小，所占比例偏低。當(dāng)基地送出線路發(fā)生故障時(shí)，電網(wǎng)系統(tǒng)的正負(fù)阻抗小于風(fēng)電基地正負(fù)序等值阻抗，考慮撬棒電路投人，基地側(cè)零序電流比重很大，但三相電流幅值近似相等，表現(xiàn)出明顯的弱饋性。

3 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)保護(hù)控制的影響

3.1 對(duì)突變量選相元件產(chǎn)生的影響

突變量選相元件是利用故障時(shí)相間電流幅值實(shí)現(xiàn)選相。常規(guī)條件下，等效系統(tǒng)正負(fù)序阻抗相等，這有利于對(duì)故障相進(jìn)行判別；但風(fēng)電異步電動(dòng)機(jī)的大電阻造成轉(zhuǎn)差率明顯，導(dǎo)致等效系統(tǒng)正負(fù)序阻抗差異，風(fēng)電基地側(cè)短路電流分布系數(shù)也出現(xiàn)較大差異，但故障點(diǎn)的正、負(fù)、零序電流差異不大，近似相等，導(dǎo)致突變量選相元件誤判。

3.2 對(duì)突變量方向元件產(chǎn)生的影響

突變量方向元件是利用電壓和電流突變量的相位關(guān)系分析判別故障正反方向的。常規(guī)條件下， 系統(tǒng)正負(fù)序阻抗相等，方向元件能夠正確判正反向故障；但風(fēng)電接入后，由于基地側(cè)正負(fù)序阻抗差異較大，導(dǎo)致故障電壓、電流相位出現(xiàn)差異，較大的相位異動(dòng)使突變量方向元件產(chǎn)生誤判。

4 實(shí)證分析

通過(guò)近十幾年相關(guān)機(jī)構(gòu)、業(yè)界以及學(xué)術(shù)界對(duì)實(shí)際風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電相關(guān)問(wèn)題的研究，相關(guān)數(shù)據(jù)分析可以驗(yàn)證雙饋風(fēng)電場(chǎng)的弱饋性及突變量選相元件與方向元件對(duì)故障判別的影響。

4.1 風(fēng)電場(chǎng)弱饋性驗(yàn)證

假定雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)差率不變的情況下，發(fā)生不同的送出線路近端接地故障時(shí)，由于撬棒電路的投入，風(fēng)電場(chǎng)的弱饋性將增強(qiáng)。

4.1.1 單相接地故障

發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流的正序分量降低幅度較大，但零序分量基本不變，由于風(fēng)電零序電流占主要成分，故障時(shí)三相電流幅值差異不大，相位基本相同。

4.1.2 兩相接地故障

發(fā)生兩相接地故障時(shí)，故障電流的變化與單相故障相差無(wú)幾，正序分量降低幅度較大，負(fù)序分量降低幅度較小，零序分量基本不變；故障時(shí)三相電流幅值差異不大，相位基本相同。

同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電并聯(lián)機(jī)組越多，正負(fù)序等值阻抗越小，弱饋性也逐漸降低。

4.2 轉(zhuǎn)差率對(duì)突變量選相元件與方向元件的影響

與常規(guī)電網(wǎng)系統(tǒng)相比，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率對(duì)雙饋風(fēng)電場(chǎng)的等值正負(fù)阻抗影響差異較大，其中對(duì)于正序阻抗的影響幅度比較小，但對(duì)負(fù)序阻抗影響幅度很大，由于風(fēng)電場(chǎng)的弱饋性，零序阻抗遠(yuǎn)小于正負(fù)序阻抗，所以發(fā)生接地故障時(shí)零序電流所占比例較大。由于正負(fù)序阻抗相差較多，保護(hù)側(cè)正負(fù)序電流分配系數(shù)的幅值差異較大，這也導(dǎo)致基于相間電流幅值和電壓和電流突變量的相位關(guān)系分析來(lái)工作的突變量選相元件和方向元件出現(xiàn)誤判。

5 結(jié)語(yǔ)

文章基于當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)送出線路保護(hù)控制裝置的相應(yīng)配置，分析了雙饋風(fēng)電場(chǎng)的弱饋性，以及風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)突變量選相元件與方向元件工作的影響，論證了雙饋風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)差率對(duì)正序阻抗和負(fù)序阻抗的影響，這種阻抗特性又影響了電網(wǎng)系統(tǒng)的正序、負(fù)序電流分布系數(shù)，進(jìn)而對(duì)基于相間電流幅值和電壓和電流突變量的相位關(guān)系分析來(lái)工作的突變量選相元件和方向元件的工作狀態(tài)。這些分析，初步提出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電的基礎(chǔ)上，如何有效實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制，科學(xué)管理，弱化不利影響，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全高效運(yùn)行，發(fā)揮更大社會(huì)效益的新命題。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃濤，陸于平.適用于雙饋風(fēng)電場(chǎng)的改進(jìn)電流突變量選相元件[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015， 39（10）：29592964.

[2]沈樞，張沛超，方陳，等.雙饋風(fēng)電場(chǎng)故障序阻抗特征及對(duì)選相元件的影響[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2014，38（15）：8792.

作者簡(jiǎn)介：何奎（1990），男，漢族，四川南充人，碩士研究生，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。