風電機組低電壓穿越能力與風電場繼電保護分析

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,風電廠設(shè)施的運轉(zhuǎn)期間易產(chǎn)生較為突出的問題，風電機組反事故自動化措施、變流設(shè)備的反事故自動化措施泛用性或可選性存在不足之處，所以應(yīng)當對風電機組低電壓穿越能力以及風電場反事故自動化措施展開深層次的研討、探究和解析。

一、風電機組低電壓穿越能力的研究

（一）低壓穿越能力概述

低電壓穿越能力實際來說是指,在風電機的端壓下降至一定數(shù)值之下,卻并未離開電力網(wǎng)并持續(xù)保持運轉(zhuǎn)的情況下，能夠為系統(tǒng)整體帶來部分無功功率用來推動系統(tǒng)電壓恢復(fù)的能力,此時便被稱為低電壓穿越能力。

事實上，風電作為新興的科技，在實際展開運用的過程中，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，不過在運用的期間具備大量的負面情況，依賴低電壓穿越能力切實地體現(xiàn)其效果。不過，如果低電壓穿越能力缺乏，將使得機組整體的具體運轉(zhuǎn)遭受一定的制約。機組中的轉(zhuǎn)子將因為系統(tǒng)的問題出現(xiàn)瞬態(tài)狀態(tài)的過載電流情況，結(jié)合能量守恒定律，該類情況的產(chǎn)生將使得機端壓降低，此時機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)中的電壓進一步升高，此時便非?？赡軐?dǎo)致系統(tǒng)中電子元件的損壞，形成沒有必要的經(jīng)濟損害，所以現(xiàn)階段風電應(yīng)當急切處理的關(guān)鍵，便為應(yīng)當確保電子器件的安全程度，風電機組的低電壓穿越能力，能夠確保風電場在產(chǎn)生電氣系統(tǒng)問題的情況下不會產(chǎn)生解裂情況，從而保障電氣能源的平穩(wěn)提供[1]。

（二）穿越能力模擬實驗

為了解風電機組低電壓穿越能力，應(yīng)建立虛擬試驗的模式，對其實際運用成效展開深層次鉆研探究，從而掌握其實際運用的成效與其功用的體現(xiàn)。事實上，風電接入系統(tǒng)中發(fā)電輸配設(shè)施同反事故自動化措施的協(xié)同等情況，與其他形式的供電機組在接地模式、額定電壓級別等方面均具有較為明顯的區(qū)別?，F(xiàn)階段，我國對該角度上的作業(yè)經(jīng)驗與工藝具有較為突出的缺乏。伴隨國內(nèi)工藝能力的提高，國內(nèi)許多風電機組以及風電場逐漸投放到了應(yīng)用中，風電在國內(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)擴張，所以如果在風電系統(tǒng)產(chǎn)生問題的情況下，風電場的支持意義占有著更為關(guān)鍵的位置，此種情況同樣對低電壓穿越能力具備了更為嚴苛的需要，不過在實際展開運用的過程中，應(yīng)當通過反事故自動化措施系統(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)定運轉(zhuǎn)。在展開虛擬鉆研探究的模擬試驗的過程中，能夠應(yīng)用RTDS 對其實際的運轉(zhuǎn)狀態(tài)展開運算，同時基于此系統(tǒng)，建設(shè)對應(yīng)的閉環(huán)試驗平臺，對于風電機組的電流變化管控機等設(shè)施展開深層次的鉆研探究，進而能夠取得相應(yīng)的運算結(jié)果，例如，風電機組在20%的額定功率工作的情況下，將導(dǎo)致電壓跌破20%Un，維持時長是625ms，能夠維持電力網(wǎng)繼續(xù)運轉(zhuǎn)[2]。

二、風電場繼電保護分析

（一）風電場繼電保護配置以及整定

1.風電場繼電保護的配置

通常來說，35KV 的電路在運用的過程中，往往會采取兩段式的電流防護或距離防護的模式，在實際有需要的情況下，能夠在防護系統(tǒng)中設(shè)置復(fù)合式電壓閉鎖元件和方向元件，同時，結(jié)合風電場運轉(zhuǎn)的各類狀況，迅速對電力網(wǎng)路系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的問題展開確切的應(yīng)對。系統(tǒng)中的升壓主變壓器的防護系統(tǒng)，屬于雙重化的差動防護與后備防護的方式，一旦風力機組的低壓穿越能力顯著缺乏，升壓主變壓器應(yīng)當體現(xiàn)其效用，防護系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，此類防護僅做到在系統(tǒng)的高壓端做后備防護就能夠落實；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，展開對其的防護，同時，在高壓端應(yīng)當配備較為完備的后備防護，低壓端便應(yīng)當設(shè)置短暫延時的防護[3]。

220KV 電力網(wǎng)路的防護系統(tǒng)依據(jù)單一電源的規(guī)劃為系統(tǒng)進行立體化防護，同時，在系統(tǒng)端設(shè)置三段式距離防護。一旦在實際運用的過程中具有低壓穿越的能力，能夠結(jié)合雙電源的規(guī)劃進行自主防護舉措的施用，主防護系統(tǒng)能夠選取雙重化的重聯(lián)防護模式，后備保護便能夠選取三段式的距離防護模式，進而能夠確保系統(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.風電場繼電保護的整定

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

應(yīng)用相應(yīng)舉措防護電力網(wǎng)高壓線路，220kV 線路一般采用縱聯(lián)防護，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)差動防護；另一種，以方位判定為基礎(chǔ)展開縱聯(lián)方位防護。只對縱聯(lián)方位防護來說，其核心同零序突變量方位、縱聯(lián)長度、序方位等存在關(guān)聯(lián)。

如果應(yīng)用縱聯(lián)差動防護，由于其行動時長通常約為10～20ms，因此便應(yīng)當顧及到風電機所帶來的短路電流。在整定的期間，運算差動電流以及制動電流的過程中應(yīng)該將風電機的電流算進其中，差動電流的表達式如下：

制動電流的表達式如下：

其中，IM、IN分別為電路M、N的電流，無論風電機組是否可以展現(xiàn)出低壓穿越特征，一旦電路M 或N 出現(xiàn)問題，便表示風電機組可以帶來的短路電流大幅度超過差動電流，一般以Id用來代表；并且同樣可以對制動電流展開把控，一般以Ires用來代表，該情況下能夠采用縱聯(lián)差動防護，全面來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)端存在問題，那么，此種情況下就可以采取縱聯(lián)差動防護舉措用來防護，避免縱聯(lián)差動防護的行為有誤。

如果線路M 以及N 采取縱聯(lián)方向防護，那么無論運用閉鎖式或者允許式的原理，都應(yīng)當通過電路兩端的方位元器件來裁定結(jié)果，風電機組帶來的瞬間短路電流會幫助到方向元件的行為。整定的過程中，不需要把電路M 以及N 當做弱反饋的電路，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，不過如果風電場沒有供電發(fā)電的狀況中，問題產(chǎn)生之電路的電流方向為自N 朝M，便應(yīng)當把M 端設(shè)立為防護弱反饋端。對于其后備防護而言，同零序防護一致，電路N 端能夠依據(jù)常規(guī)三段式的距離防護進行整定。

（二）穿越特性和保護動作時間關(guān)系

為了在保證電力網(wǎng)平穩(wěn)準轉(zhuǎn)的情況下，持續(xù)拓展風電的運用區(qū)間，風電機組務(wù)必在電力網(wǎng)產(chǎn)生問題同時，使得電壓降低的狀態(tài)中不會同電力網(wǎng)互相脫離，同時，還應(yīng)該同正常電源一般持續(xù)不間斷地為電力網(wǎng)帶來有功功率以及無功功率的支持?，F(xiàn)階段，我國電氣部門已出臺了相應(yīng)的律法規(guī)章，用以促進風電機組的建設(shè)，不過，各國或相同國家中各個區(qū)域所規(guī)劃的并網(wǎng)規(guī)章并不相同，同時部分規(guī)章在實際施用期間依舊被來回地修訂。其中，《風電場計入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》的核心內(nèi)容包含：

風電場中的風電機組在并網(wǎng)位置（便為風電場升壓變壓設(shè)備高壓端的母線或節(jié)點）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轉(zhuǎn)625ms 同時不脫離電網(wǎng)的能力。

風電場中的風電機組應(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%，同時不可以產(chǎn)生脫離電網(wǎng)的情況。

在規(guī)劃風電場方案的過程中，應(yīng)當結(jié)合電氣系統(tǒng)的具體運轉(zhuǎn)模式與風電場的實際方案來精確地規(guī)劃風電機組低壓穿越能力，以此方可以嚴謹?shù)匕芽仫L電機組的造價，用來避免產(chǎn)生非必要的支出。

為滿足風電場低電壓穿越的需要，應(yīng)當通過反事故自動化措施等管控舉措同其合作。

風電場內(nèi)的并網(wǎng)工藝明確指出：一般針對參與其內(nèi)的所有利益相關(guān)人員和電力輸送系統(tǒng)，風電場在低電壓穿越角度上的實際需要核心，依據(jù)風電場輸出電路外的電力輸出系統(tǒng)元件情況產(chǎn)生的過程中，風電場不可以產(chǎn)生脫網(wǎng)情況來規(guī)劃。風電場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)進行反事故自動化措施提供部分時間，令其可以在規(guī)定的時間范圍內(nèi)處理電力傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所產(chǎn)生的問題。

1.給保護留下一定的時間

集中式風電場并網(wǎng)一本均會連入220kV 或者高電壓級別的電氣系統(tǒng)內(nèi)，在風電場電力運輸電路外的電路產(chǎn)生短路的情況下，風力電場并網(wǎng)位置的電壓基準將降低至20%的額定電壓。在此類狀況中，依據(jù)風電場在低壓穿越角度上的實際需要，保證風電機組不脫離電網(wǎng)運轉(zhuǎn)，為反事故自動化措施制造時間。一般情況下，高壓電輸送電路均設(shè)置了兩套核心防護，同時，落實防護的時長同樣僅為一定周期，同時落實后備防護應(yīng)當消耗的時長同樣僅為500ms，再加之防護需要的時長約是125ms，所以電壓穿越至少會用625ms 的時長，只有在該時間范圍內(nèi)方可以確切地落實反事故自動化措施。

2.保證保護可靠無誤動作

對于風電機組來說，針對風電機組展開保護的全部舉措，同樣務(wù)必符合風電場在低壓穿越角度上的對應(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。在風電機組的端壓降低至低壓線路以下的情況下，機組就將出現(xiàn)跳閘。當輸出點路以外的電力輸出系統(tǒng)出現(xiàn)情況的同時，風電場并網(wǎng)位置的電壓通常將降低至20%的額定電壓，此類狀況中，全部風電機組的端壓便將提升，但機組不會產(chǎn)生立即跳閘，風電機組在低壓防護角度上的特征同風電場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

在輸出點路產(chǎn)生負面情況的過程中，風電場并網(wǎng)位置的電壓通常將降低至20%的額定電壓以下。此類狀況中全部風電機組的端側(cè)依然存著部分電壓，以此便不會立即產(chǎn)生跳閘，便將為輸出電路防護制造300ms 的時長用以處理該情況。由于風電一般均為通過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，線路所產(chǎn)生的情況一般均可以在100ms 的時長中處理完畢，由于全部的風電機組并沒有同電網(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，風電場內(nèi)所產(chǎn)生的電力網(wǎng)問題將導(dǎo)致電場內(nèi)電力網(wǎng)電壓極大下降，不過不會導(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。各風電機組中的機端依舊會有電壓存在，低壓保護風電機組同樣難以立即出現(xiàn)跳閘，便將為電網(wǎng)防護提供300ms 的時長用以應(yīng)對該情況。風電場內(nèi)的電網(wǎng)防護可以確切地運用風電機組的低電壓落實300ms 的運轉(zhuǎn)，并且在該時長內(nèi)會對應(yīng)地脫離產(chǎn)生情況的元件。

結(jié)論：伴隨國內(nèi)經(jīng)濟的發(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)，風電屬于綠色環(huán)保的發(fā)電模式，不過因為其對科技能力的需要較為突出，在實際展開應(yīng)用的過程中，極易產(chǎn)生安全問題，所以電力部門應(yīng)當為風電場設(shè)置對應(yīng)的低電壓穿越能力同時設(shè)置反事故自動化措施系統(tǒng)。