風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)的影響

不論是馬路上的汽車，還是工作中的機(jī)器，都離不開能源來(lái)給他們動(dòng)力，在高度發(fā)展的今天，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，這也促進(jìn)了科研人員不斷開發(fā)風(fēng)力發(fā)電等新能源。研究背景風(fēng)力發(fā)電能夠在調(diào)整電源結(jié)構(gòu)的同時(shí)減少污染氣體的排放，并在之后有效地降低能源進(jìn)口方面的壓力，并更好地提升我國(guó)能源供應(yīng)的安全性。但由于風(fēng)力發(fā)電成本較高，所以沒(méi)有辦法和火力發(fā)電一樣取得好的效果。風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)電網(wǎng)中占據(jù)的比例將越來(lái)越高。

但風(fēng)力發(fā)電本身的隨機(jī)性和不可控性給電網(wǎng)的運(yùn)行和管理帶來(lái)了很大的影響[1]。為了能夠更好地提高電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，有效地研究風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響顯得尤為重要。2 我國(guó)風(fēng)電接入概況我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)居于世界風(fēng)電裝機(jī)總量第一位，包括甘肅、內(nèi)蒙古、河北和新疆等7個(gè)省市在內(nèi)超過(guò)8個(gè)千萬(wàn)瓦級(jí)別的風(fēng)電機(jī)構(gòu)都已經(jīng)通過(guò)了國(guó)家的審查，并隨著時(shí)代的發(fā)展在不斷地發(fā)展。從我國(guó)全部的風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看，這超過(guò)八千萬(wàn)千瓦的風(fēng)電總裝機(jī)容量就已經(jīng)占據(jù)到了五分之四。隨著風(fēng)力發(fā)電廠本身的容量變得越來(lái)越大，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響。

越來(lái)越多的專家也開始重視研究風(fēng)電系統(tǒng)內(nèi)部的功率、電壓和電能等其他多個(gè)方面的內(nèi)容，最終也會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要的影響。風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)內(nèi)部的繼電保護(hù)在使用的過(guò)程中還是會(huì)出現(xiàn)諸多的問(wèn)題，必要時(shí)需要先分析內(nèi)部存在的問(wèn)題，并選擇正確的設(shè)置方式。3 風(fēng)電并網(wǎng)的主要方式3.1 分布式接入分布式接入可將風(fēng)電機(jī)組接入到就近配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的負(fù)荷中心，這是出現(xiàn)的最早的一種傳統(tǒng)的并網(wǎng)方式。分布式接入經(jīng)常被運(yùn)用于風(fēng)電場(chǎng)容量比較小的場(chǎng)合[2]。目前，丹麥超過(guò)80%的風(fēng)電都是在20kV以下的配電網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行接入的。而德國(guó)超過(guò)70%的配電網(wǎng)絡(luò)都是在110kV規(guī)模以下的電網(wǎng)中接入的。分布式的接入方式如圖1所示。圖1 風(fēng)電分布式接入3.2 集中式接入集中式接入也在電網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。

距離較遠(yuǎn)的高電壓都會(huì)直接被并入高壓輸電網(wǎng)內(nèi)部。目前，我國(guó)的風(fēng)能資源主要集中在包括新疆、內(nèi)蒙古和青藏高原等偏遠(yuǎn)的西部地區(qū)和北部地區(qū)。不僅風(fēng)能資源本身的用電負(fù)荷分布非常不平衡，且多數(shù)區(qū)域?qū)?huì)承受較小的電力負(fù)荷，并有較小的消納能力。在實(shí)際操作的過(guò)程中，采用“大規(guī)模、高集中、高電壓、遠(yuǎn)距離”的發(fā)展模式才能將較大規(guī)模的風(fēng)能集中在長(zhǎng)距離的電網(wǎng)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中。數(shù)百臺(tái)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)有效地分布在大型的風(fēng)場(chǎng)內(nèi)部，其裝機(jī)容量可有數(shù)百兆之多。在規(guī)劃風(fēng)場(chǎng)的過(guò)程中，需同時(shí)將風(fēng)場(chǎng)內(nèi)部風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身的布局、單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量和內(nèi)部地形等因素有效地考慮在內(nèi)。并將7臺(tái)左右的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組合成一組[3]，風(fēng)場(chǎng)內(nèi)部輸出的電能就會(huì)直接經(jīng)過(guò)風(fēng)場(chǎng)輸送到風(fēng)電場(chǎng)的低壓母線內(nèi)部。圖2顯示在經(jīng)風(fēng)電場(chǎng)升壓變送入輸電網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)。圖2 風(fēng)電集中式接入方式4 配電網(wǎng)繼電保護(hù)的原則限時(shí)電流速斷保護(hù)。這是一種具有延時(shí)性的快速保護(hù)手段。一般都應(yīng)通過(guò)限制電流迅速切斷的故障來(lái)保證整個(gè)線路的安全。

當(dāng)前扮演保護(hù)角色的線路電流1段也能夠表現(xiàn)出一定的保護(hù)作用，為的就是切斷范圍以外的故障。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。在裝置啟動(dòng)后就會(huì)出現(xiàn)限保護(hù)的動(dòng)作。流動(dòng)的電流可通過(guò)規(guī)避最大承受限度內(nèi)的電流來(lái)有效設(shè)定保護(hù)模式，這本身也屬于三級(jí)電流段保護(hù)方式。在一般情況下，不僅電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作較小，而且還能有效維持整個(gè)線路的長(zhǎng)度，并在之后維護(hù)好隔壁線路的全部長(zhǎng)度，即使在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中都能夠發(fā)揮很好的保護(hù)作用。5 集中式接入對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響當(dāng)風(fēng)電接入到配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部時(shí)，最初設(shè)定的操作在電流保護(hù)設(shè)置的基礎(chǔ)上都會(huì)產(chǎn)生不一樣范圍的影響。在實(shí)際操作的過(guò)程中，如果風(fēng)電接入的位置不一樣，則就會(huì)產(chǎn)生不一樣的故障問(wèn)題，在之后也會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不一樣的影響。如圖3所示，分析如果將假定的風(fēng)電接在10kV母線B處時(shí)，風(fēng)電接入對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電流保護(hù)產(chǎn)生的影響。圖3 風(fēng)電分析式接入對(duì)保護(hù)影響示意5.1 故障點(diǎn)出現(xiàn)在風(fēng)電接入下游位置保護(hù)1。

由于風(fēng)電會(huì)產(chǎn)生分流影響，被保護(hù)1流經(jīng)的故障電流會(huì)因此減小，風(fēng)電容量越大則電流也會(huì)減小，電流保護(hù)的靈敏度也會(huì)因此降低。保護(hù)2。由于風(fēng)電助增產(chǎn)生影響，保護(hù)2如果流經(jīng)故障處則電流將會(huì)因此增大。風(fēng)電容量增大，則流經(jīng)的電流也會(huì)因此增大。之后可讓故障電流在短時(shí)間內(nèi)就大于電流速斷保護(hù)的定值，此時(shí)電流速斷的保護(hù)將會(huì)在使用的過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。保護(hù)3。風(fēng)電助增會(huì)產(chǎn)生影響，保護(hù)3也就會(huì)流經(jīng)故障之處，從而使得電流有所增大，風(fēng)電容量也會(huì)隨之增大。整個(gè)裝置的保護(hù)靈敏度會(huì)進(jìn)一步增大。保護(hù)4。正是因?yàn)闆](méi)有受到風(fēng)電故障內(nèi)部電流的影響，其保護(hù)動(dòng)作也不會(huì)因此產(chǎn)生影響。5.2 故障點(diǎn)在風(fēng)電接入上游的位置保護(hù)1。

正是因?yàn)槭艿搅孙L(fēng)電分流的影響，所以流過(guò)保護(hù)1的故障相電流會(huì)因此減小。風(fēng)電容量如果在增大，其流經(jīng)的電流會(huì)因此減少，最終會(huì)使得保護(hù)1處的限時(shí)電流出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)的現(xiàn)象。保護(hù)2、保護(hù)3和保護(hù)4的位置將不會(huì)受到風(fēng)電故障時(shí)產(chǎn)生電流的影響，從而對(duì)其保護(hù)動(dòng)作也不會(huì)很大的影響。6 風(fēng)電接入容量對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響在分析已接入風(fēng)電存在的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，也需分析風(fēng)電接入容量對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)所產(chǎn)生的影響。如風(fēng)電容量在系統(tǒng)內(nèi)所占數(shù)額較小，那么繼電保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)程度就幾乎不會(huì)產(chǎn)生較大的變動(dòng)，必須要將容量控制在較小的范圍內(nèi)再進(jìn)行研究。但如果電網(wǎng)容量本身的數(shù)量較大，此時(shí)再將風(fēng)電接入到電網(wǎng)內(nèi)部時(shí)系統(tǒng)就不能夠忽略中間可能會(huì)產(chǎn)生的故障電流[4]。

一旦當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，在不一樣位置的保護(hù)點(diǎn)就能夠感受到不一樣的短路電流，本身輸出的容量也會(huì)因此不斷地改變，需根據(jù)實(shí)際情況探討不同容量的風(fēng)機(jī)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。運(yùn)用系統(tǒng)內(nèi)部電源來(lái)衡量整個(gè)短路電流，并不會(huì)和后續(xù)風(fēng)電的接入產(chǎn)生很大的影響。在實(shí)際操作的過(guò)程中，可依靠風(fēng)電接入來(lái)產(chǎn)生保護(hù)2短路電流。本身是隨著容量的不斷增大，并增加到一定的值域之后，才能夠讓保護(hù)2出現(xiàn)誤動(dòng)。7 線路長(zhǎng)度對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響還是假設(shè)線路中各點(diǎn)為ABCD，保護(hù)點(diǎn)為1、2、3，線路長(zhǎng)度的不同就會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響。上游線路長(zhǎng)度的變化。先確定系統(tǒng)內(nèi)部容量的大小和風(fēng)電接入量的大小，并將大小值更好地確定下來(lái)。

此時(shí)BC段的線路長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，保護(hù)3的設(shè)定量和短路的電流量都會(huì)因此發(fā)生變化。如此時(shí)長(zhǎng)度又增加，保護(hù)3處速斷保護(hù)的設(shè)定范圍則會(huì)不斷地降低，通過(guò)保護(hù)3的短路電流會(huì)隨之減少。如果BC段的長(zhǎng)度再持續(xù)增加，在風(fēng)電接入的狀況下，所引發(fā)的故障電流值將會(huì)維持在原本的數(shù)值水平。保護(hù)3設(shè)定的值如果進(jìn)一步減小，則會(huì)使得線路系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)。從以上的情況可以看出，如果線路的長(zhǎng)度一直變長(zhǎng)，保護(hù)誤動(dòng)的程度也會(huì)因此變得更加明顯。下游線路長(zhǎng)度的改變。如果CD段的線路長(zhǎng)度發(fā)生了變化，位于保護(hù)3處的速斷設(shè)定值也就會(huì)縮小。

如在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障，風(fēng)電接入后的短路電流將會(huì)進(jìn)一步減少。如CD處線路長(zhǎng)度逐步增加，通過(guò)保護(hù)3處的故障電流就會(huì)小于本身的快速切斷故障設(shè)定值。在這樣的情況下，保護(hù)的過(guò)程會(huì)使得系統(tǒng)線路避免出現(xiàn)誤動(dòng)。未來(lái)的世界必將是高科技的社會(huì)，風(fēng)力發(fā)展也將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，這就需要我們不斷學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取提高風(fēng)力發(fā)電的效率。