風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力與風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)分析

王路

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，電力資源在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著更加重要的地位。風(fēng)力發(fā)電是利用將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為電力的技術(shù)，對(duì)于保證區(qū)域內(nèi)部的電力資源的平穩(wěn)供應(yīng)以及改善自然環(huán)境具有重要的影響。風(fēng)電機(jī)組的低電壓保護(hù)能力是保證電力資源平穩(wěn)供應(yīng)的關(guān)鍵，基于此本文就風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力與風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)進(jìn)行深入的分析，希望可以為相關(guān)部門進(jìn)行相關(guān)工作提供建議。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;低電壓穿越能力;風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)

引言：

風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)代發(fā)電的重要形式之一，是改善區(qū)域內(nèi)部的自然環(huán)境以及保證我國(guó)電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵。但是，目前風(fēng)力發(fā)電廠存在設(shè)備的運(yùn)行存在比較明顯的問(wèn)題，風(fēng)電機(jī)組繼電保護(hù)、變流器的繼電保護(hù)選擇性或者適用性存在不足，因此需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力與風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)進(jìn)行深入的研究以及分析，從而可以對(duì)輸電系統(tǒng)繼電保護(hù)以及風(fēng)電場(chǎng)自身保護(hù)所應(yīng)用的配合關(guān)系進(jìn)行深入的研究，從而可以優(yōu)化具體研究的效果。

一、風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的研究

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種清潔并且無(wú)污染的發(fā)電技術(shù)，具有比較廣闊的發(fā)展前景并且在電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中占據(jù)著更加重要的地位以及意義，但是在具體意義的時(shí)候存在許多的問(wèn)題，其中比較重點(diǎn)關(guān)注的就是風(fēng)力發(fā)電低壓穿越能力相關(guān)的繼電保護(hù)研究。

（一）低電壓穿越能力的概述

低電壓穿越能力具體而言指的是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的端電壓降低到一定值以下而不脫離電網(wǎng)而繼續(xù)維持運(yùn)行的時(shí)候，依舊可以為整個(gè)系統(tǒng)提供一定的無(wú)功以幫助其系統(tǒng)恢復(fù)電壓的能力可以被叫做低電壓穿越能力[1]。

實(shí)際上，風(fēng)力發(fā)電是一種全新的技術(shù)在具體進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候同傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比具有更加優(yōu)質(zhì)的電壓控制能力，但是在應(yīng)用的時(shí)候存在許多的問(wèn)題需要低電壓穿越能力有效的發(fā)揮作用。但是，一旦低電壓穿越能力出現(xiàn)缺失會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行受到不良的影響。機(jī)組內(nèi)部的轉(zhuǎn)子會(huì)由于系統(tǒng)自身的故障出現(xiàn)暫態(tài)的過(guò)電流現(xiàn)象，而根據(jù)能量守恒定量這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致機(jī)端電壓的下降，這時(shí)候機(jī)組的作用無(wú)法得到有效的發(fā)揮，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電能的平穩(wěn)供應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的電壓持續(xù)性的增加，這時(shí)候就特別有可能造成系統(tǒng)內(nèi)部的電子元件的損害造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，因此目前風(fēng)力發(fā)電需要迫切解決的問(wèn)題就是需要保證電子器件安全性，而風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力可以保證風(fēng)電場(chǎng)在出現(xiàn)電力系統(tǒng)故障的背景下不會(huì)出現(xiàn)解裂的現(xiàn)象，進(jìn)而可以保證電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)。

（二）低電壓穿越能力的模擬實(shí)驗(yàn)

為了對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力進(jìn)行深入的研究，可以利用搭建模擬實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)其具體應(yīng)用的效果進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而可以保證其具體應(yīng)用的效果以及其功能的發(fā)揮。實(shí)際上，風(fēng)電接入系統(tǒng)一次設(shè)備和繼電保護(hù)的配合等問(wèn)題以及其他類型發(fā)電機(jī)組在電壓等級(jí)、接地方式等都存在比較大的差異。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面的技術(shù)以及工作經(jīng)驗(yàn)存在比較明顯的缺失。隨著我國(guó)技術(shù)水平的提升，我國(guó)大量的風(fēng)電機(jī)場(chǎng)開(kāi)始投入使用，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)的發(fā)電能源中占據(jù)著更加重要的地位，容量也不斷的擴(kuò)大，因此一旦在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的前提下風(fēng)力電場(chǎng)的支撐作用占據(jù)著更加重要的地位，這也為低電壓穿越能力提出了更高的要求，但是在具體進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候需要低電壓穿越系統(tǒng)和繼電保護(hù)系統(tǒng)相互配合才可以保證整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。在進(jìn)行模擬研究的仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可以利用RTDS對(duì)其具體的運(yùn)行情況進(jìn)行計(jì)算，并且在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)的閉環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流控制器等設(shè)備進(jìn)行深入的研究，從而可以得出一系列的計(jì)算結(jié)果比如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在20%的額定概率作作業(yè)的時(shí)候會(huì)使得電壓跌落205，持續(xù)時(shí)間為625ms，可以使得電網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行。

（三）模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本次模擬實(shí)驗(yàn)將數(shù)字仿真和物理設(shè)備進(jìn)行有效的結(jié)合，搭建了模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流控制器進(jìn)行閉環(huán)控制測(cè)試，并且可以建立相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和附屬設(shè)備的入網(wǎng)檢測(cè)方法，規(guī)范區(qū)域內(nèi)部的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，對(duì)于試驗(yàn)方案進(jìn)行模擬操作，從而可以為具體進(jìn)行工作提供足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作的效果[2]。

二、風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)分析

（一）風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)配置以及整定

1.風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)的配置

一般而言，35KV的電路在應(yīng)用的時(shí)候時(shí)常會(huì)采取兩段式的電流保護(hù)或者距離保護(hù)的方式，在具體需要的時(shí)候可以在保護(hù)裝置內(nèi)部安裝復(fù)合式電壓閉鎖元器件以及方向元器件，并且根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的不同情況及時(shí)對(duì)電路系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障進(jìn)行有效的處理。系統(tǒng)內(nèi)部的升壓主變壓器（下文簡(jiǎn)稱為主變）的保護(hù)裝置是雙重化的差動(dòng)保護(hù)以及后備保護(hù)模式，如果風(fēng)力機(jī)組自身的低壓穿越功能存在明顯的缺失，主變需要發(fā)揮作用保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行，這種保護(hù)只需要在系統(tǒng)的高壓側(cè)的后備保護(hù)就可以實(shí)現(xiàn);如果系統(tǒng)自身具備低電壓穿越功能，主變可以根據(jù)升壓變的方式可以進(jìn)行配置保護(hù)，并且在高壓側(cè)需要配置比較完善的后備保護(hù)，低壓側(cè)則需要配置短延時(shí)的保護(hù)。

220KV電路的保護(hù)裝置是按照單電源的方案來(lái)為系統(tǒng)系統(tǒng)保護(hù)，并且在系統(tǒng)側(cè)裝載三段式距離保護(hù)。如果在具體應(yīng)用的時(shí)候具備低壓穿越的功能，可以按照雙電源的方案來(lái)自行保護(hù)措施的按照，主保護(hù)系統(tǒng)可以選擇雙重化的重聯(lián)保護(hù)方式，后備保護(hù)則可以選擇三段式的距離保護(hù)方式從而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全以及穩(wěn)定，保證區(qū)域內(nèi)部的電力資源可以得到穩(wěn)定供應(yīng)。

2.風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)的整定

為了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的繼電保護(hù)進(jìn)行深入的分析，可以暫時(shí)忽略風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低壓穿越的特點(diǎn)，如果系統(tǒng)故障同風(fēng)電場(chǎng)之間的距離比較近，就意味著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的短路斷流時(shí)間不足120ms，故障同風(fēng)電場(chǎng)之間的具體比較遠(yuǎn)的時(shí)候就不會(huì)為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成比較大的沖擊，保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。但是這是一種沒(méi)有任何附加功能的理想狀態(tài)，大部分廠商在設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電廠的時(shí)候都會(huì)為其添加一些功能比如低電壓穿越功能等。

在具體應(yīng)用的時(shí)候需要采取有效的措施對(duì)電網(wǎng)中的高壓電路進(jìn)行保護(hù)，一般而言2520Kv電網(wǎng)的寶珠裝置是縱聯(lián)保護(hù)，可以根據(jù)類型劃分為2類，第一類是根據(jù)基爾霍夫電流定律采取的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，第二種是基于方向判斷實(shí)行的縱聯(lián)方向保護(hù)[3]。如果對(duì)其進(jìn)行具體的探究可以發(fā)現(xiàn)，縱聯(lián)方向保護(hù)還包括縱聯(lián)距離、零序突變量方向以及序方向等。

（二）低電壓穿越特性和保護(hù)動(dòng)作時(shí)間關(guān)系

為了保證電力資源的平穩(wěn)供應(yīng)，推動(dòng)電力發(fā)電的技術(shù)水平的提升以及擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電的具體適用范圍，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的時(shí)候必須要保證在電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)故障導(dǎo)致電壓下降的情況下不會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)想脫離的現(xiàn)象，并且在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候需要同常規(guī)電源具有相同的性質(zhì)，可以源源不斷的向電網(wǎng)提供無(wú)功功率以及有功功率的支撐。

實(shí)際上，在具體應(yīng)用的時(shí)候?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)低電壓穿越特性和繼電保護(hù)的有效融合，需要保證低電壓穿越特性和保護(hù)動(dòng)作時(shí)間具有三種關(guān)系，即電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)留下一定的動(dòng)作時(shí)間，風(fēng)電機(jī)組保護(hù)可靠不會(huì)出現(xiàn)失誤動(dòng)作，以及可以在具體進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候有選擇性的切斷故障元件，進(jìn)而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

總結(jié)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，我國(guó)的電力產(chǎn)業(yè)迅猛的發(fā)展，發(fā)電方式也取得了全新的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電是一種清潔無(wú)污染的風(fēng)電方式，但是由于其對(duì)于技術(shù)水平的要求比較高在具體進(jìn)行意義的時(shí)候容易出現(xiàn)安全事故，因此相關(guān)部門需要為風(fēng)力電場(chǎng)配備相應(yīng)的低電壓穿越能力并且安裝繼電保護(hù)裝置，從而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]高術(shù)寧，孫開(kāi)寧.基于顯式模型預(yù)測(cè)控制和改進(jìn)虛擬阻抗的雙饋風(fēng)機(jī)低電壓穿越策略[J/OL].電網(wǎng)技術(shù)：1-9[2021-04-25].

[2]王若谷，張若微，秦博宇.提升雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越能力的跟蹤控制方法[J].電力工程技術(shù)，2021，40（02）：185-191.

[3]王志浩，張新燕，周登鈺.雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越工況下變流器IGBT結(jié)溫升高的抑制策略研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2020，41（10）：259-267.