考慮風力發電的配電網弱饋線路自適應電流保護
2017-6-4 10:25:23??????點擊：
上海交通大學電子信息與電氣工程學院、上海市電力公司市南供電公司的研究人員陳實、邰能靈、范春菊、洪樹斌、唐躍中，在2017年第3期《電工技術學報》上撰文指出，風力發電接入配電網后,配電線路的潮流及故障電流特征發生了改變,風力發電機故障后由于撬棒電路的投入導致風機的正、負序阻抗不再相等,使得以電源正、負序阻抗相等為前提的電流保護整定方案失去合理依據。
通過對含風力發電的配電網弱饋線路不同位置發生兩相相間短路和三相短路的故障特性進行研究,結合自適應保護的實時在線整定功能,引入含風力發電的電流Ⅰ段和Ⅱ段保護整定修正系數,改善了傳統配電網電流保護的性能。最后,通過對含有風力發電的配電網弱饋線路進行仿真,驗證了所提保護方案的有效性。
近年來，隨著新能源技術的快速發展，風力發電、光伏技術在電網中得到了越來越廣泛的應用。這些新能源目前主要通過兩種形式接入電網：①規模化建設，遠距離傳輸；②分布式接入，就地消納。前者通過高壓輸電線路進行傳輸，對主網的安全穩定運行提出了更高的要求；而后者應用靈活，以接入配電網為主。
隨著這些分布式電源的接入，配電網的潮流方向、故障電流的分布發生了改變，這就導致按原有定值配置的保護存在誤動和拒動的風險。因此，有必要對雙饋風力發電機組（DFIG）接入配電網后對繼電保護帶來的影響作進一步研究。
雙饋風力發電機得益于其靈活的控制方式以及高效的傳輸效率使其成為當前風力發電的主力機型，有別于同步發電機組，雙饋風力發電機為了保護變流器免受故障大電流和直流高電壓的沖擊，在故障后幾毫秒內，撬棒（Crowbar）電路將轉子側變流器短路，風機進入異步運行狀態。
文獻[12]分析了撬棒電阻投入后雙饋風力發電機的正、負序阻抗不再相等，且與風電機組轉差率及撬棒電阻的阻值存在較大關系。文獻[13]通過仿真方法和對風電場現場故障錄波數據的分析得出了雙饋風力發電機故障后正、負序阻抗值不相等，且正序阻抗值比負序阻抗值大的結論。
文獻[14]指出風電機組撬棒電路的投入增大了風電場的正、負序阻抗，加重了風電場的弱饋程度，影響了風電場聯絡線的距離保護以及選相裝置的特性。文獻[15]分析了雙饋異步風機故障電流的“多態”特性，提出了一套針對風電場節點處的自適應復合式電流-電壓保護方案。
文獻[16]從多角度分析了由于風電分散式接入配電網，風電的助增和分流效應對上游和下游線路電流保護的影響，得出需限制風電接入短路容量的結論。文獻[17,18]分析了含逆變型分布式電源接入配電網后對已有自適應電流速斷保護帶來的影響，提出了對自適應電流保護的改進措施，改善了保護的性能。文獻[19,20]分析了風電場接入配電網后，風電場接入點上游線路和下游線路保護可能會出現誤動或拒動的情況，并提出了自適應電流速斷保護方案。
本文結合風電機組故障后正、負序阻抗不相等的故障特性，對含雙饋風力發電機的配電網弱饋線路電流保護進行了研究。首先分析了含雙饋風力發電機的簡單配電線路的自適應電流速斷保護整定原則，由此拓展到含雙饋風電機組的復雜配電線路的自適應電流速斷和限時電流速斷保護的整定原則。在引入自適應電流整定修正系數后，提出考慮風力發電的配電網弱饋線路的自適應電流保護方案。
圖4 含風機的配電線路自適應保護整定流程
結論
含雙饋風力發電機的配電網在故障期間正序阻抗大于負序阻抗，將對電流速斷保護和限時電流速斷保護的整定造成影響，本文主要結論如下：
1）風電接入點的上游線路和下游線路末端發生兩相相間短路時，流過本級線路的兩相短路電流值在考慮風機正、負序阻抗不相等的情況下，比原短路電流值大。如若不對自適應電流速斷整定值進行修正，保護有誤動的可能性。引入Ⅰ段整定修正系數，合理地提高了保護定值，保護誤動的風險得以降低。
2）風電接入點上游線路在下游線路末端發生兩相相間短路時，實際流過的短路電流值比不考慮風機影響時小。在對上游線路限時電流速斷保護進行整定時，引入Ⅱ段整定修正系數對限時電流速斷保護的整定值進行在線計算，降低了保護拒動的可能性，提高了電流保護動作的可靠性。
3）保護的整定修正系數與風電接入點上下游線路長度有關，風電接入點上游線路保護的Ⅰ段整定修正系數受風力發電機影響較小，且隨著上游線路長度的減小而減小；風電接入點下游線路保護的Ⅰ段整定修正系數受風力發電機接入的影響較大，且隨著下游線路相對長度的減小而增大。
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