考慮風(fēng)力發(fā)電的配電網(wǎng)弱饋線路自適應(yīng)電流保護(hù)
2017-6-4 10:25:23??????點擊：
上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)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(shù)學(xué)報》上撰文指出，風(fēng)力發(fā)電接入配電網(wǎng)后,配電線路的潮流及故障電流特征發(fā)生了改變,風(fēng)力發(fā)電機故障后由于撬棒電路的投入導(dǎo)致風(fēng)機的正、負(fù)序阻抗不再相等,使得以電源正、負(fù)序阻抗相等為前提的電流保護(hù)整定方案失去合理依據(jù)。
通過對含風(fēng)力發(fā)電的配電網(wǎng)弱饋線路不同位置發(fā)生兩相相間短路和三相短路的故障特性進(jìn)行研究,結(jié)合自適應(yīng)保護(hù)的實時在線整定功能,引入含風(fēng)力發(fā)電的電流Ⅰ段和Ⅱ段保護(hù)整定修正系數(shù),改善了傳統(tǒng)配電網(wǎng)電流保護(hù)的性能。最后,通過對含有風(fēng)力發(fā)電的配電網(wǎng)弱饋線路進(jìn)行仿真,驗證了所提保護(hù)方案的有效性。
近年來，隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電、光伏技術(shù)在電網(wǎng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。這些新能源目前主要通過兩種形式接入電網(wǎng)：①規(guī)?；ㄔO(shè)，遠(yuǎn)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(jìn)行傳輸，對主網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提出了更高的要求；而后者應(yīng)用靈活，以接入配電網(wǎng)為主。
隨著這些分布式電源的接入，配電網(wǎng)的潮流方向、故障電流的分布發(fā)生了改變，這就導(dǎo)致按原有定值配置的保護(hù)存在誤動和拒動的風(fēng)險。因此，有必要對雙饋風(fēng)力發(fā)電機組（DFIG）接入配電網(wǎng)后對繼電保護(hù)帶來的影響作進(jìn)一步研究。
雙饋風(fēng)力發(fā)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(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的主力機型，有別于同步發(fā)電機組，雙饋風(fēng)力發(fā)電機為了保護(hù)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(nèi)，撬棒（Crowbar）電路將轉(zhuǎn)子側(cè)變流器短路，風(fēng)機進(jìn)入異步運行狀態(tài)。
文獻(xiàn)[12]分析了撬棒電阻投入后雙饋風(fēng)力發(fā)電機的正、負(fù)序阻抗不再相等，且與風(fēng)電機組轉(zhuǎn)差率及撬棒電阻的阻值存在較大關(guān)系。文獻(xiàn)[13]通過仿真方法和對風(fēng)電場現(xiàn)場故障錄波數(shù)據(jù)的分析得出了雙饋風(fēng)力發(fā)電機故障后正、負(fù)序阻抗值不相等，且正序阻抗值比負(fù)序阻抗值大的結(jié)論。
文獻(xiàn)[14]指出風(fēng)電機組撬棒電路的投入增大了風(fēng)電場的正、負(fù)序阻抗，加重了風(fēng)電場的弱饋程度，影響了風(fēng)電場聯(lián)絡(luò)線的距離保護(hù)以及選相裝置的特性。文獻(xiàn)[15]分析了雙饋異步風(fēng)機故障電流的“多態(tài)”特性，提出了一套針對風(fēng)電場節(jié)點處的自適應(yīng)復(fù)合式電流-電壓保護(hù)方案。
文獻(xiàn)[16]從多角度分析了由于風(fēng)電分散式接入配電網(wǎng)，風(fēng)電的助增和分流效應(yīng)對上游和下游線路電流保護(hù)的影響，得出需限制風(fēng)電接入短路容量的結(jié)論。文獻(xiàn)[17,18]分析了含逆變型分布式電源接入配電網(wǎng)后對已有自適應(yīng)電流速斷保護(hù)帶來的影響，提出了對自適應(yīng)電流保護(hù)的改進(jìn)措施，改善了保護(hù)的性能。文獻(xiàn)[19,20]分析了風(fēng)電場接入配電網(wǎng)后，風(fēng)電場接入點上游線路和下游線路保護(hù)可能會出現(xiàn)誤動或拒動的情況，并提出了自適應(yīng)電流速斷保護(hù)方案。
本文結(jié)合風(fēng)電機組故障后正、負(fù)序阻抗不相等的故障特性，對含雙饋風(fēng)力發(fā)電機的配電網(wǎng)弱饋線路電流保護(hù)進(jìn)行了研究。首先分析了含雙饋風(fēng)力發(fā)電機的簡單配電線路的自適應(yīng)電流速斷保護(hù)整定原則，由此拓展到含雙饋風(fēng)電機組的復(fù)雜配電線路的自適應(yīng)電流速斷和限時電流速斷保護(hù)的整定原則。在引入自適應(yīng)電流整定修正系數(shù)后，提出考慮風(fēng)力發(fā)電的配電網(wǎng)弱饋線路的自適應(yīng)電流保護(hù)方案。
圖4 含風(fēng)機的配電線路自適應(yīng)保護(hù)整定流程
結(jié)論
含雙饋風(fēng)力發(fā)電機的配電網(wǎng)在故障期間正序阻抗大于負(fù)序阻抗，將對電流速斷保護(hù)和限時電流速斷保護(hù)的整定造成影響，本文主要結(jié)論如下：
1）風(fēng)電接入點的上游線路和下游線路末端發(fā)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(fēng)機正、負(fù)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(yīng)電流速斷整定值進(jìn)行修正，保護(hù)有誤動的可能性。引入Ⅰ段整定修正系數(shù)，合理地提高了保護(hù)定值，保護(hù)誤動的風(fēng)險得以降低。
2）風(fēng)電接入點上游線路在下游線路末端發(fā)生兩相相間短路時，實際流過的短路電流值比不考慮風(fēng)機影響時小。在對上游線路限時電流速斷保護(hù)進(jìn)行整定時，引入Ⅱ段整定修正系數(shù)對限時電流速斷保護(hù)的整定值進(jìn)行在線計算，降低了保護(hù)拒動的可能性，提高了電流保護(hù)動作的可靠性。
3）保護(hù)的整定修正系數(shù)與風(fēng)電接入點上下游線路長度有關(guān)，風(fēng)電接入點上游線路保護(hù)的Ⅰ段整定修正系數(shù)受風(fēng)力發(fā)電機影響較小，且隨著上游線路長度的減小而減?。伙L(fēng)電接入點下游線路保護(hù)的Ⅰ段整定修正系數(shù)受風(fēng)力發(fā)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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