李興磊，文 成

1.中國三峽新能源利通區(qū)五里坡發(fā)電有限公司，甘肅 慶陽 745000

2.國網(wǎng)西藏電力建設(shè)有限公司，四川 成都 610000

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會生產(chǎn)生活中的科技產(chǎn)品越來越多，這些科技產(chǎn)品用途各異，極大地豐富了人們的生活，但在使用過程中也無形中增加了電力的消耗，聚少成多，我國目前的年用電量逐年劇增，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了需大于供的情況[1]。風(fēng)力發(fā)電作為目前使用最廣的清潔能源在解決我國用電量大方面做出了較為顯著的功效，但也有諸多的因素制約著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。為了進(jìn)一步促進(jìn)我國風(fēng)電的發(fā)展，科學(xué)有效地應(yīng)用繼電保護(hù)裝置能夠減少風(fēng)力發(fā)電的諸多問題，極大地提高了我國風(fēng)電行業(yè)的能效。

1 風(fēng)電場和風(fēng)電機(jī)組的故障特性

與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)對比，風(fēng)電機(jī)組大多使用感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)，不需要勵磁裝置且轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動時間常數(shù)相對較小，計算電流大小、分析波形、分析暫態(tài)短路電流衰減特征以及穩(wěn)態(tài)短路電流衰減特征是風(fēng)電機(jī)組以及風(fēng)電場故障特性的主要表現(xiàn)，因此風(fēng)電機(jī)組的故障特征與同步發(fā)電機(jī)有非常大的不同。不過，永磁直驅(qū)機(jī)組在類別上雖然也屬于同步發(fā)電機(jī)，但由于廣泛使用換流器并網(wǎng)，導(dǎo)致其故障特點與換流器有著直接關(guān)系。除此之外，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)一般都是首先假設(shè)故障發(fā)生時，同步發(fā)電機(jī)的運行參數(shù)和運行狀態(tài)不受任何影響的情況下，對短路電流大小和電流衰減特征進(jìn)行計算，然后借助固定特征去選擇開關(guān)設(shè)備以及整定繼電保護(hù)原理，其主要是在發(fā)電機(jī)電源和三相對稱系統(tǒng)的固定前提下進(jìn)行的。但現(xiàn)行的風(fēng)電機(jī)組中的異步發(fā)電機(jī)大多是由雙饋式的異步電機(jī)和鼠籠式的異步電機(jī)構(gòu)成。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，由于鼠籠式的異步機(jī)組缺乏專門的勵磁結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)不會繼續(xù)給機(jī)組提供勵磁，這就導(dǎo)致系統(tǒng)中的短路電流會迅速降低直至為零，電網(wǎng)也不會持續(xù)受到鼠籠式的異步機(jī)組的短路電流[2]。同時，由于雙饋式的異步電機(jī)的定子側(cè)是三相對稱的繞組，能夠借助脈寬調(diào)制變流器給轉(zhuǎn)子側(cè)輸出交流勵磁從而與電網(wǎng)單項連接，因此，雙饋式的風(fēng)電機(jī)組也能夠與電網(wǎng)直接連接。一旦雙饋式的風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障，也會因為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的功效，從而向系統(tǒng)保持連續(xù)短路電流

2 大規(guī)模風(fēng)電接入對繼電保護(hù)的影響

2.1 繼電保護(hù)的配置

在大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電力系統(tǒng)時，需要使用升壓變壓器對其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并且變電器要交匯接地，這樣的做法能夠保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但也會改變聯(lián)絡(luò)線的零序，導(dǎo)致繼電保護(hù)器的靈敏度下降。最穩(wěn)妥的辦法是加裝弱饋裝置，從而使電力系統(tǒng)能夠平穩(wěn)有效地運行，避免出現(xiàn)較大的浮動。但對于大多數(shù)風(fēng)電企業(yè)來說，弱饋裝置無論是設(shè)備造價還是安裝費用，所花費的資金比較多，使得弱饋裝置并沒有廣泛地普及，因此，風(fēng)力發(fā)電接入電力系統(tǒng)導(dǎo)致電力系統(tǒng)無法正常工作的情況時有發(fā)生[3]。

2.2 電力系統(tǒng)的設(shè)計

由于電力系統(tǒng)包含了大量的設(shè)備設(shè)施，且處于長期運行狀態(tài)，會存在各種各樣的執(zhí)行方案，因此當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)（見圖1），需要對電力系統(tǒng)的整體設(shè)計進(jìn)行綜合考慮，確保風(fēng)電接入不會對電力系統(tǒng)的運行造成較大的影響。一旦風(fēng)電的某些設(shè)備接入不合適的系統(tǒng)，必然會對電力系統(tǒng)的運行造成或大或小的影響，甚至?xí)绊懻麄€電力系統(tǒng)的正常運行。目前，我國的電力系統(tǒng)無論是體量還是規(guī)模就相對比較龐大，所以在風(fēng)電介入過程發(fā)生故障問題導(dǎo)致系統(tǒng)運行出現(xiàn)較大的浮動時，極有可能對整個電網(wǎng)造成不可彌補的損失[4]。為了最大程度上杜絕此類問題的發(fā)生，在大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)的執(zhí)行方案設(shè)計階段，就需要從電力系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)上綜合分析，讓設(shè)備設(shè)施能夠與操作方案相匹配。但就目前而言，我國大部分地區(qū)的配電網(wǎng)保護(hù)，依舊采用較為傳統(tǒng)的防護(hù)設(shè)施，利用變壓器進(jìn)行升壓工作，然后在變電器和變壓器之間利用電力傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行連接。這種較為傳統(tǒng)的連接方式，會使配電網(wǎng)故障頻發(fā)，還在一定程度上增加了跳閘率。

圖1 電力系統(tǒng)運行圖

2.3 電力運行的狀態(tài)

與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比，風(fēng)力發(fā)電一般都使用異步發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)會在電力系統(tǒng)運行過程中，不斷吸收電力系統(tǒng)逸散出來的無用功率，使電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)生波動，進(jìn)而影響整個電力系統(tǒng)的正常運行。同時，由于風(fēng)電機(jī)組的主要能源是風(fēng)能，環(huán)境中的風(fēng)力大小是不可控因素，從而導(dǎo)致電力傳輸時刻處于不穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而對整個電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)造成較大的影響[5]。

3 大規(guī)模風(fēng)電接入對繼電保護(hù)的完善措施

3.1 針對性設(shè)計

傳統(tǒng)的風(fēng)電系統(tǒng)在接入大規(guī)模風(fēng)電之后，會在一定程度上對其原有的穩(wěn)定運行造成影響。因此，工作人員在進(jìn)行接入方案設(shè)計時，需要深入了解原有電網(wǎng)系統(tǒng)在運行中的問題，了解整體電網(wǎng)運行的過程，然后針對電網(wǎng)的運行狀態(tài)，運用其特有的特點和運行過程中已有的問題設(shè)計具有針對性的方案，使用相適應(yīng)的操作方案將電網(wǎng)運行中的設(shè)備設(shè)施安裝完成，從而最大程度上減低大規(guī)模風(fēng)電接入對繼電保護(hù)裝置的影響，從而提高電網(wǎng)運行的安全性和平穩(wěn)性[6]。除此之外，相關(guān)人員在進(jìn)行風(fēng)電接入電力系統(tǒng)設(shè)計時，需要盡可能地全面思考，將風(fēng)電接入過程的所有環(huán)節(jié)都要探討清楚，并派遣較為專業(yè)的管理人員對介入過程進(jìn)行全程把控，確保每一環(huán)節(jié)都能夠順序開展、正常運行，及時發(fā)現(xiàn)潛在危險，避免危險事故的發(fā)生。

3.2 了解故障點

在大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)系統(tǒng)時，需要全面了解各種故障發(fā)生的具體緣由，才能對風(fēng)電接入過程中出現(xiàn)的故障問題充分了解，進(jìn)而設(shè)計出具有針對性的解決措施，從而最大化地保障整個電力系統(tǒng)的順暢運行。因此，相關(guān)工作人員在大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)系統(tǒng)時，需要對過程中的種種問題進(jìn)行一一列舉，明確其中的各類問題，然后針對問題制訂相對合適的解決方案，準(zhǔn)備充足的防護(hù)措施[6]。

3.3 安裝保護(hù)聯(lián)跳裝置

在大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)系統(tǒng)工作過程中發(fā)生了跳閘情況，一般使用聯(lián)跳措施來解決。在風(fēng)電機(jī)運行之前，將保護(hù)聯(lián)跳裝置安裝在風(fēng)電機(jī)的兩側(cè)。需要注意的是，安裝期間需要將繼電保護(hù)和短路電流進(jìn)行綜合連接。這樣的安全策略能夠在電路發(fā)生故障問題時，能自動截斷電流，從而最大程度上保護(hù)電路。安裝保護(hù)聯(lián)跳裝置能夠極大地保護(hù)電力系統(tǒng)，即使發(fā)生跳閘、短路的情況，也能夠確保將繼電保護(hù)所受影響降到最小，使電力系統(tǒng)穩(wěn)定地運行。

3.4 繼電保護(hù)與風(fēng)電場操作系統(tǒng)

一般情況下，在大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)時，要將繼電保護(hù)和風(fēng)電場操作系統(tǒng)二者配合使用。二者雖然不屬于同一部門，但可以降低風(fēng)電接入對繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響。同時，二者的綜合聯(lián)動能夠在電力系統(tǒng)運行過程中構(gòu)建較有利的電力繼電保護(hù)系統(tǒng)，從而提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。除此之外，在接入過程，需要注重電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)和電場的操作系統(tǒng)的契合程度，杜絕脫網(wǎng)故障發(fā)生概率。

4 結(jié)束語

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電雖然在應(yīng)用過程中存在著諸多影響因素，但依然不能掩蓋其在我國電力系統(tǒng)中的現(xiàn)實作用。因此，未來風(fēng)電的主要探索方向，將是繼續(xù)加強(qiáng)對風(fēng)力發(fā)電的研究力度，不斷解決和優(yōu)化現(xiàn)有問題與不足，并對其在使用、應(yīng)用以及技術(shù)創(chuàng)新方面繼續(xù)深耕，從而不斷提高我國風(fēng)電的發(fā)展水準(zhǔn)。