風(fēng)電接入對電網(wǎng)的影響

不論是馬路上的汽車，還是工作中的機器，都離不開能源來給他們動力，在高度發(fā)展的今天，人們對能源的需求越來越大，這也促進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)的同時減少污染氣體的排放，并在之后有效地降低能源進口方面的壓力，并更好地提升我國能源供應(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)電在我國電網(wǎng)中占據(jù)的比例將越來越高。

但風(fēng)力發(fā)電本身的隨機性和不可控性給電網(wǎng)的運行和管理帶來了很大的影響[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)電接入對電網(wǎng)繼電保護的影響顯得尤為重要。2 我國風(fēng)電接入概況我國風(fēng)電裝機居于世界風(fēng)電裝機總量第一位，包括甘肅、內(nèi)蒙古、河北和新疆等7個省市在內(nèi)超過8個千萬瓦級別的風(fēng)電機構(gòu)都已經(jīng)通過了國家的審查，并隨著時代的發(fā)展在不斷地發(fā)展。從我國全部的風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，這超過八千萬千瓦的風(fēng)電總裝機容量就已經(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越大，整個風(fēng)電場都會對電網(wǎng)的運行產(chǎn)生重要的影響。

越來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方面的內(nèi)容，最終也會對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要的影響。風(fēng)電場接入系統(tǒng)內(nèi)部的繼電保護在使用的過程中還是會出現(xiàn)諸多的問題，必要時需要先分析內(nèi)部存在的問題，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)常被運用于風(fēng)電場容量比較小的場合[2]。目前，丹麥超過80%的風(fēng)電都是在20kV以下的配電網(wǎng)內(nèi)部進行接入的。而德國超過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)展的過程中發(fā)揮著重要的作用。

距離較遠(yuǎn)的高電壓都會直接被并入高壓輸電網(wǎng)內(nèi)部。目前，我國的風(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)惺茌^小的電力負(fù)荷，并有較小的消納能力。在實際操作的過程中，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)能集中在長距離的電網(wǎng)遠(yuǎn)距離運輸?shù)倪^程中。數(shù)百臺的風(fēng)力發(fā)電機有效地分布在大型的風(fēng)場內(nèi)部，其裝機容量可有數(shù)百兆之多。在規(guī)劃風(fēng)場的過程中，需同時將風(fēng)場內(nèi)部風(fēng)力發(fā)電機本身的布局、單臺風(fēng)力發(fā)電機的容量和內(nèi)部地形等因素有效地考慮在內(nèi)。并將7臺左右的風(fēng)力發(fā)電機組合成一組[3]，風(fēng)場內(nèi)部輸出的電能就會直接經(jīng)過風(fēng)場輸送到風(fēng)電場的低壓母線內(nèi)部。圖2顯示在經(jīng)風(fēng)電場升壓變送入輸電網(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)繼電保護的原則限時電流速斷保護。這是一種具有延時性的快速保護手段。一般都應(yīng)通過限制電流迅速切斷的故障來保證整個線路的安全。

當(dāng)前扮演保護角色的線路電流1段也能夠表現(xiàn)出一定的保護作用，為的就是切斷范圍以外的故障。定時限過電流保護。在裝置啟動后就會出現(xiàn)限保護的動作。流動的電流可通過規(guī)避最大承受限度內(nèi)的電流來有效設(shè)定保護模式，這本身也屬于三級電流段保護方式。在一般情況下，不僅電網(wǎng)保護動作較小，而且還能有效維持整個線路的長度，并在之后維護好隔壁線路的全部長度，即使在整個電網(wǎng)系統(tǒng)中都能夠發(fā)揮很好的保護作用。5 集中式接入對配電網(wǎng)保護的影響當(dāng)風(fēng)電接入到配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部時，最初設(shè)定的操作在電流保護設(shè)置的基礎(chǔ)上都會產(chǎn)生不一樣范圍的影響。在實際操作的過程中，如果風(fēng)電接入的位置不一樣，則就會產(chǎn)生不一樣的故障問題，在之后也會對電網(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，風(fēng)電接入對配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電流保護產(chǎn)生的影響。圖3 風(fēng)電分析式接入對保護影響示意5.1 故障點出現(xiàn)在風(fēng)電接入下游位置保護1。

由于風(fēng)電會產(chǎn)生分流影響，被保護1流經(jīng)的故障電流會因此減小，風(fēng)電容量越大則電流也會減小，電流保護的靈敏度也會因此降低。保護2。由于風(fēng)電助增產(chǎn)生影響，保護2如果流經(jīng)故障處則電流將會因此增大。風(fēng)電容量增大，則流經(jīng)的電流也會因此增大。之后可讓故障電流在短時間內(nèi)就大于電流速斷保護的定值，此時電流速斷的保護將會在使用的過程中出現(xiàn)問題。保護3。風(fēng)電助增會產(chǎn)生影響，保護3也就會流經(jīng)故障之處，從而使得電流有所增大，風(fēng)電容量也會隨之增大。整個裝置的保護靈敏度會進一步增大。保護4。正是因為沒有受到風(fēng)電故障內(nèi)部電流的影響，其保護動作也不會因此產(chǎn)生影響。5.2 故障點在風(fēng)電接入上游的位置保護1。

正是因為受到了風(fēng)電分流的影響，所以流過保護1的故障相電流會因此減小。風(fēng)電容量如果在增大，其流經(jīng)的電流會因此減少，最終會使得保護1處的限時電流出現(xiàn)保護拒動的現(xiàn)象。保護2、保護3和保護4的位置將不會受到風(fēng)電故障時產(chǎn)生電流的影響，從而對其保護動作也不會很大的影響。6 風(fēng)電接入容量對配電網(wǎng)保護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，也需分析風(fēng)電接入容量對配電網(wǎng)保護所產(chǎn)生的影響。如風(fēng)電容量在系統(tǒng)內(nèi)所占數(shù)額較小，那么繼電保護系統(tǒng)的保護程度就幾乎不會產(chǎn)生較大的變動，必須要將容量控制在較小的范圍內(nèi)再進行研究。但如果電網(wǎng)容量本身的數(shù)量較大，此時再將風(fēng)電接入到電網(wǎng)內(nèi)部時系統(tǒng)就不能夠忽略中間可能會產(chǎn)生的故障電流[4]。

一旦當(dāng)故障出現(xiàn)時，在不一樣位置的保護點就能夠感受到不一樣的短路電流，本身輸出的容量也會因此不斷地改變，需根據(jù)實際情況探討不同容量的風(fēng)機對整個電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。運用系統(tǒng)內(nèi)部電源來衡量整個短路電流，并不會和后續(xù)風(fēng)電的接入產(chǎn)生很大的影響。在實際操作的過程中，可依靠風(fēng)電接入來產(chǎn)生保護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2出現(xiàn)誤動。7 線路長度對配電網(wǎng)保護的影響還是假設(shè)線路中各點為ABCD，保護點為1、2、3，線路長度的不同就會對配電網(wǎng)產(chǎn)生影響。上游線路長度的變化。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。

此時BC段的線路長度會發(fā)生變化，保護3的設(shè)定量和短路的電流量都會因此發(fā)生變化。如此時長度又增加，保護3處速斷保護的設(shè)定范圍則會不斷地降低，通過保護3的短路電流會隨之減少。如果BC段的長度再持續(xù)增加，在風(fēng)電接入的狀況下，所引發(fā)的故障電流值將會維持在原本的數(shù)值水平。保護3設(shè)定的值如果進一步減小，則會使得線路系統(tǒng)出現(xiàn)誤動。從以上的情況可以看出，如果線路的長度一直變長，保護誤動的程度也會因此變得更加明顯。下游線路長度的改變。如果CD段的線路長度發(fā)生了變化，位于保護3處的速斷設(shè)定值也就會縮小。

如在使用過程中出現(xiàn)故障，風(fēng)電接入后的短路電流將會進一步減少。如CD處線路長度逐步增加，通過保護3處的故障電流就會小于本身的快速切斷故障設(shè)定值。在這樣的情況下，保護的過程會使得系統(tǒng)線路避免出現(xiàn)誤動。未來的世界必將是高科技的社會，風(fēng)力發(fā)展也將是未來的發(fā)展趨勢，這就需要我們不斷學(xué)習(xí)，爭取提高風(fēng)力發(fā)電的效率。