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

努爾丁·熱法依

（大唐新疆清潔能源有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言：現(xiàn)階段,風(fēng)電廠設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)期間易產(chǎn)生較為突出的問(wèn)題，風(fēng)電機(jī)組反事故自動(dòng)化措施、變流設(shè)備的反事故自動(dòng)化措施泛用性或可選性存在不足之處，所以應(yīng)當(dāng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力以及風(fēng)電場(chǎng)反事故自動(dòng)化措施展開(kāi)深層次的研討、探究和解析。

一、風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的研究

（一）低壓穿越能力概述

低電壓穿越能力實(shí)際來(lái)說(shuō)是指,在風(fēng)電機(jī)的端壓下降至一定數(shù)值之下,卻并未離開(kāi)電力網(wǎng)并持續(xù)保持運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，能夠?yàn)橄到y(tǒng)整體帶來(lái)部分無(wú)功功率用來(lái)推動(dòng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)的能力,此時(shí)便被稱(chēng)為低電壓穿越能力。

事實(shí)上，風(fēng)電作為新興的科技，在實(shí)際展開(kāi)運(yùn)用的過(guò)程中，相較于原有的供電模式而言，具備更為優(yōu)秀的電壓把控能力，不過(guò)在運(yùn)用的期間具備大量的負(fù)面情況，依賴(lài)低電壓穿越能力切實(shí)地體現(xiàn)其效果。不過(guò)，如果低電壓穿越能力缺乏，將使得機(jī)組整體的具體運(yùn)轉(zhuǎn)遭受一定的制約。機(jī)組中的轉(zhuǎn)子將因?yàn)橄到y(tǒng)的問(wèn)題出現(xiàn)瞬態(tài)狀態(tài)的過(guò)載電流情況，結(jié)合能量守恒定律，該類(lèi)情況的產(chǎn)生將使得機(jī)端壓降低，此時(shí)機(jī)組的效果難以取得確切的體現(xiàn)，難以完成電力能源的穩(wěn)定提供，從而使得系統(tǒng)中的電壓進(jìn)一步升高，此時(shí)便非?？赡軐?dǎo)致系統(tǒng)中電子元件的損壞，形成沒(méi)有必要的經(jīng)濟(jì)損害，所以現(xiàn)階段風(fēng)電應(yīng)當(dāng)急切處理的關(guān)鍵，便為應(yīng)當(dāng)確保電子器件的安全程度，風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力，能夠確保風(fēng)電場(chǎng)在產(chǎn)生電氣系統(tǒng)問(wèn)題的情況下不會(huì)產(chǎn)生解裂情況，從而保障電氣能源的平穩(wěn)提供[1]。

（二）穿越能力模擬實(shí)驗(yàn)

為了解風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力，應(yīng)建立虛擬試驗(yàn)的模式，對(duì)其實(shí)際運(yùn)用成效展開(kāi)深層次鉆研探究，從而掌握其實(shí)際運(yùn)用的成效與其功用的體現(xiàn)。事實(shí)上，風(fēng)電接入系統(tǒng)中發(fā)電輸配設(shè)施同反事故自動(dòng)化措施的協(xié)同等情況，與其他形式的供電機(jī)組在接地模式、額定電壓級(jí)別等方面均具有較為明顯的區(qū)別。現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)該角度上的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)與工藝具有較為突出的缺乏。伴隨國(guó)內(nèi)工藝能力的提高，國(guó)內(nèi)許多風(fēng)電機(jī)組以及風(fēng)電場(chǎng)逐漸投放到了應(yīng)用中，風(fēng)電在國(guó)內(nèi)的供電資源內(nèi)取得了更為關(guān)鍵的位置，體量同樣在持續(xù)擴(kuò)張，所以如果在風(fēng)電系統(tǒng)產(chǎn)生問(wèn)題的情況下，風(fēng)電場(chǎng)的支持意義占有著更為關(guān)鍵的位置，此種情況同樣對(duì)低電壓穿越能力具備了更為嚴(yán)苛的需要，不過(guò)在實(shí)際展開(kāi)運(yùn)用的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)通過(guò)反事故自動(dòng)化措施系統(tǒng)同低電壓穿越系統(tǒng)互相協(xié)同，方能夠確保電力網(wǎng)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。在展開(kāi)虛擬鉆研探究的模擬試驗(yàn)的過(guò)程中，能夠應(yīng)用RTDS 對(duì)其實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)展開(kāi)運(yùn)算，同時(shí)基于此系統(tǒng)，建設(shè)對(duì)應(yīng)的閉環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的電流變化管控機(jī)等設(shè)施展開(kāi)深層次的鉆研探究，進(jìn)而能夠取得相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果，例如，風(fēng)電機(jī)組在20%的額定功率工作的情況下，將導(dǎo)致電壓跌破20%Un，維持時(shí)長(zhǎng)是625ms，能夠維持電力網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)[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

通常來(lái)說(shuō)，35KV 的電路在運(yùn)用的過(guò)程中，往往會(huì)采取兩段式的電流防護(hù)或距離防護(hù)的模式，在實(shí)際有需要的情況下，能夠在防護(hù)系統(tǒng)中設(shè)置復(fù)合式電壓閉鎖元件和方向元件，同時(shí)，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的各類(lèi)狀況，迅速對(duì)電力網(wǎng)路系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的問(wèn)題展開(kāi)確切的應(yīng)對(duì)。系統(tǒng)中的升壓主變壓器的防護(hù)系統(tǒng)，屬于雙重化的差動(dòng)防護(hù)與后備防護(hù)的方式，一旦風(fēng)力機(jī)組的低壓穿越能力顯著缺乏，升壓主變壓器應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)其效用，防護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，此類(lèi)防護(hù)僅做到在系統(tǒng)的高壓端做后備防護(hù)就能夠落實(shí)；一旦系統(tǒng)具有低電壓穿越能力，升壓主變壓器能夠結(jié)合升壓變壓器的模式，展開(kāi)對(duì)其的防護(hù)，同時(shí)，在高壓端應(yīng)當(dāng)配備較為完備的后備防護(hù)，低壓端便應(yīng)當(dāng)設(shè)置短暫延時(shí)的防護(hù)[3]。

220KV 電力網(wǎng)路的防護(hù)系統(tǒng)依據(jù)單一電源的規(guī)劃為系統(tǒng)進(jìn)行立體化防護(hù)，同時(shí)，在系統(tǒng)端設(shè)置三段式距離防護(hù)。一旦在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中具有低壓穿越的能力，能夠結(jié)合雙電源的規(guī)劃進(jìn)行自主防護(hù)舉措的施用，主防護(hù)系統(tǒng)能夠選取雙重化的重聯(lián)防護(hù)模式，后備保護(hù)便能夠選取三段式的距離防護(hù)模式，進(jìn)而能夠確保系統(tǒng)整體的平穩(wěn)與安全，確保地區(qū)中的電氣能源能夠取得平穩(wěn)的提供。

2.風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)的整定

假使不顧及到風(fēng)電機(jī)的低壓穿越特征，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的位置，同風(fēng)電場(chǎng)間距不長(zhǎng)，表示風(fēng)電機(jī)的短路電流時(shí)長(zhǎng)在120ms 以下；一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的位置同風(fēng)電場(chǎng)的間距相較而言比較長(zhǎng)，一般情況下，短路電流時(shí)間設(shè)置成120ms；申城問(wèn)題的位置與風(fēng)電場(chǎng)間距很長(zhǎng)，此種情況下便不會(huì)遭受較大的影響，風(fēng)電機(jī)將不間斷運(yùn)行。如今，大量的生產(chǎn)廠家在規(guī)劃、產(chǎn)出風(fēng)電機(jī)的過(guò)程中，將增添大量新興作用，例如，低電壓穿越等。

應(yīng)用相應(yīng)舉措防護(hù)電力網(wǎng)高壓線路，220kV 線路一般采用縱聯(lián)防護(hù)，能夠分成兩種：第一種，結(jié)合基爾霍夫電流定律采用的為縱聯(lián)差動(dòng)防護(hù)；另一種，以方位判定為基礎(chǔ)展開(kāi)縱聯(lián)方位防護(hù)。只對(duì)縱聯(lián)方位防護(hù)來(lái)說(shuō)，其核心同零序突變量方位、縱聯(lián)長(zhǎng)度、序方位等存在關(guān)聯(lián)。

如果應(yīng)用縱聯(lián)差動(dòng)防護(hù)，由于其行動(dòng)時(shí)長(zhǎng)通常約為10～20ms，因此便應(yīng)當(dāng)顧及到風(fēng)電機(jī)所帶來(lái)的短路電流。在整定的期間，運(yùn)算差動(dòng)電流以及制動(dòng)電流的過(guò)程中應(yīng)該將風(fēng)電機(jī)的電流算進(jìn)其中，差動(dòng)電流的表達(dá)式如下：

制動(dòng)電流的表達(dá)式如下：

其中，IM、IN分別為電路M、N的電流，無(wú)論風(fēng)電機(jī)組是否可以展現(xiàn)出低壓穿越特征，一旦電路M 或N 出現(xiàn)問(wèn)題，便表示風(fēng)電機(jī)組可以帶來(lái)的短路電流大幅度超過(guò)差動(dòng)電流，一般以Id用來(lái)代表；并且同樣可以對(duì)制動(dòng)電流展開(kāi)把控，一般以Ires用來(lái)代表，該情況下能夠采用縱聯(lián)差動(dòng)防護(hù)，全面來(lái)看其靈活敏感程度相較而言比較突出。一旦電路M 或N 的電力網(wǎng)端存在問(wèn)題，那么，此種情況下就可以采取縱聯(lián)差動(dòng)防護(hù)舉措用來(lái)防護(hù)，避免縱聯(lián)差動(dòng)防護(hù)的行為有誤。

如果線路M 以及N 采取縱聯(lián)方向防護(hù)，那么無(wú)論運(yùn)用閉鎖式或者允許式的原理，都應(yīng)當(dāng)通過(guò)電路兩端的方位元器件來(lái)裁定結(jié)果，風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)的瞬間短路電流會(huì)幫助到方向元件的行為。整定的過(guò)程中，不需要把電路M 以及N 當(dāng)做弱反饋的電路，只需要把電路M 以及N 依據(jù)雙側(cè)電源提供電流的模式整定，不過(guò)如果風(fēng)電場(chǎng)沒(méi)有供電發(fā)電的狀況中，問(wèn)題產(chǎn)生之電路的電流方向?yàn)樽訬 朝M，便應(yīng)當(dāng)把M 端設(shè)立為防護(hù)弱反饋端。對(duì)于其后備防護(hù)而言，同零序防護(hù)一致，電路N 端能夠依據(jù)常規(guī)三段式的距離防護(hù)進(jìn)行整定。

（二）穿越特性和保護(hù)動(dòng)作時(shí)間關(guān)系

為了在保證電力網(wǎng)平穩(wěn)準(zhǔn)轉(zhuǎn)的情況下，持續(xù)拓展風(fēng)電的運(yùn)用區(qū)間，風(fēng)電機(jī)組務(wù)必在電力網(wǎng)產(chǎn)生問(wèn)題同時(shí)，使得電壓降低的狀態(tài)中不會(huì)同電力網(wǎng)互相脫離，同時(shí)，還應(yīng)該同正常電源一般持續(xù)不間斷地為電力網(wǎng)帶來(lái)有功功率以及無(wú)功功率的支持?，F(xiàn)階段，我國(guó)電氣部門(mén)已出臺(tái)了相應(yīng)的律法規(guī)章，用以促進(jìn)風(fēng)電機(jī)組的建設(shè)，不過(guò)，各國(guó)或相同國(guó)家中各個(gè)區(qū)域所規(guī)劃的并網(wǎng)規(guī)章并不相同，同時(shí)部分規(guī)章在實(shí)際施用期間依舊被來(lái)回地修訂。其中，《風(fēng)電場(chǎng)計(jì)入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》的核心內(nèi)容包含：

風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)位置（便為風(fēng)電場(chǎng)升壓變壓設(shè)備高壓端的母線或節(jié)點(diǎn)）的電壓下降至僅為額定電壓20%的情況下，應(yīng)該具備維持不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)625ms 同時(shí)不脫離電網(wǎng)的能力。

風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)該在其并網(wǎng)位置電壓產(chǎn)生降低之后的2 秒鐘之內(nèi)迅速升高到額定電壓的90%，同時(shí)不可以產(chǎn)生脫離電網(wǎng)的情況。

在規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)方案的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合電氣系統(tǒng)的具體運(yùn)轉(zhuǎn)模式與風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際方案來(lái)精確地規(guī)劃風(fēng)電機(jī)組低壓穿越能力，以此方可以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匕芽仫L(fēng)電機(jī)組的造價(jià)，用來(lái)避免產(chǎn)生非必要的支出。

為滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越的需要，應(yīng)當(dāng)通過(guò)反事故自動(dòng)化措施等管控舉措同其合作。

風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的并網(wǎng)工藝明確指出：一般針對(duì)參與其內(nèi)的所有利益相關(guān)人員和電力輸送系統(tǒng)，風(fēng)電場(chǎng)在低電壓穿越角度上的實(shí)際需要核心，依據(jù)風(fēng)電場(chǎng)輸出電路外的電力輸出系統(tǒng)元件情況產(chǎn)生的過(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)不可以產(chǎn)生脫網(wǎng)情況來(lái)規(guī)劃。風(fēng)電場(chǎng)所具備的低電壓穿越能力，就是為配電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)進(jìn)行反事故自動(dòng)化措施提供部分時(shí)間，令其可以在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)處理電力傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所產(chǎn)生的問(wèn)題。

1.給保護(hù)留下一定的時(shí)間

集中式風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)一本均會(huì)連入220kV 或者高電壓級(jí)別的電氣系統(tǒng)內(nèi)，在風(fēng)電場(chǎng)電力運(yùn)輸電路外的電路產(chǎn)生短路的情況下，風(fēng)力電場(chǎng)并網(wǎng)位置的電壓基準(zhǔn)將降低至20%的額定電壓。在此類(lèi)狀況中，依據(jù)風(fēng)電場(chǎng)在低壓穿越角度上的實(shí)際需要，保證風(fēng)電機(jī)組不脫離電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)，為反事故自動(dòng)化措施制造時(shí)間。一般情況下，高壓電輸送電路均設(shè)置了兩套核心防護(hù)，同時(shí)，落實(shí)防護(hù)的時(shí)長(zhǎng)同樣僅為一定周期，同時(shí)落實(shí)后備防護(hù)應(yīng)當(dāng)消耗的時(shí)長(zhǎng)同樣僅為500ms，再加之防護(hù)需要的時(shí)長(zhǎng)約是125ms，所以電壓穿越至少會(huì)用625ms 的時(shí)長(zhǎng)，只有在該時(shí)間范圍內(nèi)方可以確切地落實(shí)反事故自動(dòng)化措施。

2.保證保護(hù)可靠無(wú)誤動(dòng)作

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組展開(kāi)保護(hù)的全部舉措，同樣務(wù)必符合風(fēng)電場(chǎng)在低壓穿越角度上的對(duì)應(yīng)規(guī)章，保證輸出電路外的電力輸出系統(tǒng)在出現(xiàn)情況的期間，可以獲得確切的防護(hù)。在風(fēng)電機(jī)組的端壓降低至低壓線路以下的情況下，機(jī)組就將出現(xiàn)跳閘。當(dāng)輸出點(diǎn)路以外的電力輸出系統(tǒng)出現(xiàn)情況的同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)位置的電壓通常將降低至20%的額定電壓，此類(lèi)狀況中，全部風(fēng)電機(jī)組的端壓便將提升，但機(jī)組不會(huì)產(chǎn)生立即跳閘，風(fēng)電機(jī)組在低壓防護(hù)角度上的特征同風(fēng)電場(chǎng)在低壓穿越角度上的規(guī)章相符[4]。

3.有選擇性切除故障元件

在輸出點(diǎn)路產(chǎn)生負(fù)面情況的過(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)位置的電壓通常將降低至20%的額定電壓以下。此類(lèi)狀況中全部風(fēng)電機(jī)組的端側(cè)依然存著部分電壓，以此便不會(huì)立即產(chǎn)生跳閘，便將為輸出電路防護(hù)制造300ms 的時(shí)長(zhǎng)用以處理該情況。由于風(fēng)電一般均為通過(guò)單回的高壓輸配電線路所傳遞，輸出電路一般均設(shè)置較為全方位的核心防護(hù)，線路所產(chǎn)生的情況一般均可以在100ms 的時(shí)長(zhǎng)中處理完畢，由于全部的風(fēng)電機(jī)組并沒(méi)有同電網(wǎng)產(chǎn)生分離，以此便為輸電線路在合閘之后落實(shí)并網(wǎng)提供了便利的前提。

與電力輸送配置系統(tǒng)所產(chǎn)生的情況不同，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的電力網(wǎng)問(wèn)題將導(dǎo)致電場(chǎng)內(nèi)電力網(wǎng)電壓極大下降，不過(guò)不會(huì)導(dǎo)致電力輸送配置網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模地出現(xiàn)電壓大幅度降低。各風(fēng)電機(jī)組中的機(jī)端依舊會(huì)有電壓存在，低壓保護(hù)風(fēng)電機(jī)組同樣難以立即出現(xiàn)跳閘，便將為電網(wǎng)防護(hù)提供300ms 的時(shí)長(zhǎng)用以應(yīng)對(duì)該情況。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的電網(wǎng)防護(hù)可以確切地運(yùn)用風(fēng)電機(jī)組的低電壓落實(shí)300ms 的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且在該時(shí)長(zhǎng)內(nèi)會(huì)對(duì)應(yīng)地脫離產(chǎn)生情況的元件。

結(jié)論：伴隨國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技能力的提高，供電模式同樣獲得了嶄新的建設(shè)，風(fēng)電屬于綠色環(huán)保的發(fā)電模式，不過(guò)因?yàn)槠鋵?duì)科技能力的需要較為突出，在實(shí)際展開(kāi)應(yīng)用的過(guò)程中，極易產(chǎn)生安全問(wèn)題，所以電力部門(mén)應(yīng)當(dāng)為風(fēng)電場(chǎng)設(shè)置對(duì)應(yīng)的低電壓穿越能力同時(shí)設(shè)置反事故自動(dòng)化措施系統(tǒng)。