王路

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，電力資源在我國的經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著更加重要的地位。風力發(fā)電是利用將風力轉(zhuǎn)換為電力的技術(shù)，對于保證區(qū)域內(nèi)部的電力資源的平穩(wěn)供應(yīng)以及改善自然環(huán)境具有重要的影響。風電機組的低電壓保護能力是保證電力資源平穩(wěn)供應(yīng)的關(guān)鍵，基于此本文就風電機組低電壓穿越能力與風電場繼電保護進行深入的分析，希望可以為相關(guān)部門進行相關(guān)工作提供建議。

關(guān)鍵詞：風電機組;低電壓穿越能力;風電場繼電保護

引言：

風力發(fā)電是現(xiàn)代發(fā)電的重要形式之一，是改善區(qū)域內(nèi)部的自然環(huán)境以及保證我國電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵。但是，目前風力發(fā)電廠存在設(shè)備的運行存在比較明顯的問題，風電機組繼電保護、變流器的繼電保護選擇性或者適用性存在不足，因此需要對風電機組低電壓穿越能力與風電場繼電保護進行深入的研究以及分析，從而可以對輸電系統(tǒng)繼電保護以及風電場自身保護所應(yīng)用的配合關(guān)系進行深入的研究，從而可以優(yōu)化具體研究的效果。

一、風電機組低電壓穿越能力的研究

風力發(fā)電技術(shù)是一種清潔并且無污染的發(fā)電技術(shù)，具有比較廣闊的發(fā)展前景并且在電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中占據(jù)著更加重要的地位以及意義，但是在具體意義的時候存在許多的問題，其中比較重點關(guān)注的就是風力發(fā)電低壓穿越能力相關(guān)的繼電保護研究。

（一）低電壓穿越能力的概述

低電壓穿越能力具體而言指的是當風力發(fā)電機的端電壓降低到一定值以下而不脫離電網(wǎng)而繼續(xù)維持運行的時候，依舊可以為整個系統(tǒng)提供一定的無功以幫助其系統(tǒng)恢復(fù)電壓的能力可以被叫做低電壓穿越能力[1]。

實際上，風力發(fā)電是一種全新的技術(shù)在具體進行應(yīng)用的時候同傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比具有更加優(yōu)質(zhì)的電壓控制能力，但是在應(yīng)用的時候存在許多的問題需要低電壓穿越能力有效的發(fā)揮作用。但是，一旦低電壓穿越能力出現(xiàn)缺失會導(dǎo)致整個機組的實際運行受到不良的影響。機組內(nèi)部的轉(zhuǎn)子會由于系統(tǒng)自身的故障出現(xiàn)暫態(tài)的過電流現(xiàn)象，而根據(jù)能量守恒定量這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會導(dǎo)致機端電壓的下降，這時候機組的作用無法得到有效的發(fā)揮，無法實現(xiàn)電能的平穩(wěn)供應(yīng)進而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的電壓持續(xù)性的增加，這時候就特別有可能造成系統(tǒng)內(nèi)部的電子元件的損害造成不必要的經(jīng)濟損失，因此目前風力發(fā)電需要迫切解決的問題就是需要保證電子器件安全性，而風電機組的低電壓穿越能力可以保證風電場在出現(xiàn)電力系統(tǒng)故障的背景下不會出現(xiàn)解裂的現(xiàn)象，進而可以保證電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)。

（二）低電壓穿越能力的模擬實驗

為了對風電機組低電壓穿越能力進行深入的研究，可以利用搭建模擬實驗的方式對其具體應(yīng)用的效果進行深入的研究，進而可以保證其具體應(yīng)用的效果以及其功能的發(fā)揮。實際上，風電接入系統(tǒng)一次設(shè)備和繼電保護的配合等問題以及其他類型發(fā)電機組在電壓等級、接地方式等都存在比較大的差異。目前，國內(nèi)對于這方面的技術(shù)以及工作經(jīng)驗存在比較明顯的缺失。隨著我國技術(shù)水平的提升，我國大量的風電機場開始投入使用，風力發(fā)電在我國的發(fā)電能源中占據(jù)著更加重要的地位，容量也不斷的擴大，因此一旦在風力發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的前提下風力電場的支撐作用占據(jù)著更加重要的地位，這也為低電壓穿越能力提出了更高的要求，但是在具體進行應(yīng)用的時候需要低電壓穿越系統(tǒng)和繼電保護系統(tǒng)相互配合才可以保證整個電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。在進行模擬研究的仿真實驗的時候可以利用RTDS對其具體的運行情況進行計算，并且在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)的閉環(huán)實驗平臺，對風力發(fā)電機組的變流控制器等設(shè)備進行深入的研究，從而可以得出一系列的計算結(jié)果比如風力發(fā)電機組在20%的額定概率作作業(yè)的時候會使得電壓跌落205，持續(xù)時間為625ms，可以使得電網(wǎng)持續(xù)運行。

（三）模擬實驗結(jié)果分析

本次模擬實驗將數(shù)字仿真和物理設(shè)備進行有效的結(jié)合，搭建了模擬實驗平臺，可以實現(xiàn)對風力發(fā)電機組的變流控制器進行閉環(huán)控制測試，并且可以建立相應(yīng)的風力發(fā)電機組和附屬設(shè)備的入網(wǎng)檢測方法，規(guī)范區(qū)域內(nèi)部的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，對于試驗方案進行模擬操作，從而可以為具體進行工作提供足夠的試驗數(shù)據(jù)，保證現(xiàn)場試驗工作的效果[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

一般而言，35KV的電路在應(yīng)用的時候時常會采取兩段式的電流保護或者距離保護的方式，在具體需要的時候可以在保護裝置內(nèi)部安裝復(fù)合式電壓閉鎖元器件以及方向元器件，并且根據(jù)風電場運行的不同情況及時對電路系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障進行有效的處理。系統(tǒng)內(nèi)部的升壓主變壓器（下文簡稱為主變）的保護裝置是雙重化的差動保護以及后備保護模式，如果風力機組自身的低壓穿越功能存在明顯的缺失，主變需要發(fā)揮作用保護系統(tǒng)的運行，這種保護只需要在系統(tǒng)的高壓側(cè)的后備保護就可以實現(xiàn);如果系統(tǒng)自身具備低電壓穿越功能，主變可以根據(jù)升壓變的方式可以進行配置保護，并且在高壓側(cè)需要配置比較完善的后備保護，低壓側(cè)則需要配置短延時的保護。

220KV電路的保護裝置是按照單電源的方案來為系統(tǒng)系統(tǒng)保護，并且在系統(tǒng)側(cè)裝載三段式距離保護。如果在具體應(yīng)用的時候具備低壓穿越的功能，可以按照雙電源的方案來自行保護措施的按照，主保護系統(tǒng)可以選擇雙重化的重聯(lián)保護方式，后備保護則可以選擇三段式的距離保護方式從而可以保證整個系統(tǒng)的安全以及穩(wěn)定，保證區(qū)域內(nèi)部的電力資源可以得到穩(wěn)定供應(yīng)。

2.風電場繼電保護的整定

為了對風電場的繼電保護進行深入的分析，可以暫時忽略風力發(fā)電機的低壓穿越的特點，如果系統(tǒng)故障同風電場之間的距離比較近，就意味著風力發(fā)電機的短路斷流時間不足120ms，故障同風電場之間的具體比較遠的時候就不會為整個系統(tǒng)的運行造成比較大的沖擊，保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。但是這是一種沒有任何附加功能的理想狀態(tài)，大部分廠商在設(shè)計風力發(fā)電廠的時候都會為其添加一些功能比如低電壓穿越功能等。

在具體應(yīng)用的時候需要采取有效的措施對電網(wǎng)中的高壓電路進行保護，一般而言2520Kv電網(wǎng)的寶珠裝置是縱聯(lián)保護，可以根據(jù)類型劃分為2類，第一類是根據(jù)基爾霍夫電流定律采取的縱聯(lián)差動保護，第二種是基于方向判斷實行的縱聯(lián)方向保護[3]。如果對其進行具體的探究可以發(fā)現(xiàn)，縱聯(lián)方向保護還包括縱聯(lián)距離、零序突變量方向以及序方向等。

（二）低電壓穿越特性和保護動作時間關(guān)系

為了保證電力資源的平穩(wěn)供應(yīng)，推動電力發(fā)電的技術(shù)水平的提升以及擴大風力發(fā)電的具體適用范圍，風力發(fā)電機組在運行的時候必須要保證在電網(wǎng)運行出現(xiàn)故障導(dǎo)致電壓下降的情況下不會出現(xiàn)發(fā)電機組和電網(wǎng)想脫離的現(xiàn)象，并且在實際運行的時候需要同常規(guī)電源具有相同的性質(zhì)，可以源源不斷的向電網(wǎng)提供無功功率以及有功功率的支撐。

實際上，在具體應(yīng)用的時候為了實現(xiàn)低電壓穿越特性和繼電保護的有效融合，需要保證低電壓穿越特性和保護動作時間具有三種關(guān)系，即電力系統(tǒng)的繼電保護留下一定的動作時間，風電機組保護可靠不會出現(xiàn)失誤動作，以及可以在具體進行應(yīng)用的時候有選擇性的切斷故障元件，進而可以保證整個系統(tǒng)的運行。

總結(jié)：

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，我國的電力產(chǎn)業(yè)迅猛的發(fā)展，發(fā)電方式也取得了全新的發(fā)展，風力發(fā)電是一種清潔無污染的風電方式，但是由于其對于技術(shù)水平的要求比較高在具體進行意義的時候容易出現(xiàn)安全事故，因此相關(guān)部門需要為風力電場配備相應(yīng)的低電壓穿越能力并且安裝繼電保護裝置，從而可以保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

參考文獻：

[1]高術(shù)寧，孫開寧.基于顯式模型預(yù)測控制和改進虛擬阻抗的雙饋風機低電壓穿越策略[J/OL].電網(wǎng)技術(shù)：1-9[2021-04-25].

[2]王若谷，張若微，秦博宇.提升雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越能力的跟蹤控制方法[J].電力工程技術(shù)，2021，40（02）：185-191.

[3]王志浩，張新燕，周登鈺.雙饋風電機組低電壓穿越工況下變流器IGBT結(jié)溫升高的抑制策略研究[J].太陽能學報，2020，41（10）：259-267.