新能源接入对电网继电保护选择的影响

新能源接入对电网继电保护选择的影响

魏文倩张凯

（国网新疆电力公司哈密供电公司）

摘要：近几年，新能源发电开始介入到电力系统中，促进了电力系统的迅速发展。本文对新能源发电现状及继电保护进行了相关概述，同时对风力发电接入电力系统给继电保护带来的相关影响进行了简要阐释。

关键词：新能源发电；继电保护；电网对接

1.电网继电保护概述

1.1继电保护的作用

继电保护系统是指在电力系统发生故障或其异常工作时，在最短的时间及最小的区域内，自动将发生故障的设备从系统中切除，以减轻和避免设备的损坏及对供电的影响，在无人看管的情况下，保障设备的稳定运行[1]。其最终的目的是为了保障电力系统的安全运行，实现最大程度的自动化运作。

1.2继电保护的类型

继电保护有多种分类方式，通常可按照被保护的对象进行分类，如输电保护和主设备保护；按保护功能分类，可分为短路功能保障和异常功能保障；按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类，可分为模拟式保护和数字式保护。最常见的分类是按照保护动作的原理进行分类，如：过电流保护、电压保护、接地保护、距离保护、瓦斯保护、过热及欠功率保护、相序保护等。

1.3继电保护的基本要求

继电保护装置为了满足其任务，必须在技术上具备选择性高、速动性好、灵敏性强，可靠性高等要求。选择性是指当电力系统发生短路时，继电保护系统仅仅将故障设备从系统中切除，当故障设备拒动时，则由相邻设备将故障切除。继电保护系统应迅速切除故障，降低设备的损坏程度，提高系统的稳定性。灵敏性则要求其在系统最大运行方式下三相短路时及最小运行方式下经过较大过度电阻两相或单向短路故障时均可靠。同时要求继电保护系统在保护范围内不发生误动或拒动，具备安全性和信赖性。

2.新能源发电现状概述

2.1新能源发展概况

随着全球经济的迅速发展，人们对能源的需求也越来越大，中国大陆能源消费及煤炭消费均在日渐增长。传统能源随着环境的污染，且呈现出日益枯竭的趋势，能源短缺的现象也日益严重，利用洁净能源及可再生能源代替常规原油类、不可再生能源就越来越受到逐步成为全球关注的热点问题。

2.2风力发电

风力发电不带来环境污染污染、且可再生利用，布置安装、运行均较为灵活，建设周期较短，占地面积较小，发电方式丰富，可以完全无人值守，这些特点均使风力发电在全球范围内成为最具发展前景的发电方式。近年来，大型风力发电机组的设计制造技术逐渐成熟，伴随风力发电成本的降低，使得风力发电已具备了与常规发电形式相抗衡的能力。

2.3光伏发电

太阳能发电主要分为光伏发电和太阳能热发电，其中光伏发电较为成熟。光伏发电具有洁净，无地域限制、无限量、能量转换过程简单，运行维护量小等优点，可作为发电能源开发的优势能源。但缺点也相对明显。首先其成本较高，且随着光伏装机能量上升，其一些缺点也应引起重视。例如其发电本身的不稳定性，工作存在间歇性，受气候环境影响较大，且占地面积大，发电能量密度较低，光能转换效率低等。因此光伏发电必须通过各种技术手段克服上述缺点，才能保障大规模稳定供电。

3.风能接入对继电保护选择的影响

风能发电早已广泛应用于电力行业，而大规模的风电接入，给继电保护带来了智能化兼容的问题。以接入点为例，小型的风电接入由于影响较小可以被忽略，而规模化的风电场则会对系统的运行产生较大的影响。这种影响并不局限于风电调度的范畴，已经拓展到继电保护所面临的故障特征，其变化效果极为显著。

3.1短路电流的变化

风力发电具有受环境影响变化较大的特点，一般来说，一个地区的风能在不同的季节和一天内不同的时间段，都处于不断变化的状态之中。因此，风力发电的能力会处于特定的变化范围之内。以新疆达坂城地区为例，已经建成风电一场和风电二场，两个风电场都设有110kV的升压站，再与红雁池一厂的110kV母线相连。由表1不能看出，达坂城风电场并网运行后，对电网中各节点的短路冲击电流产生了较大影响，对风电场接入点附近的节点影响尤为明显。

当系统运行正常时，强大的风力发电系统能够通过控制出力而保持稳定的状态，变化的风电不会对系统产生影响。而当系统出现故障时，风电向故障点输送的短路电流会变得极不稳定，从而对保护的正确动作率产生严重的影响。当故障发生在系统大方式下时，会造成三相短路故障，短路电流最大；当故障发生在系统小方式下时，则产生两相短路故障，短路电流最小。保护安装处所感受的短路电流，随着故障点的远近而改变。

3.2接入位置和故障位置

风电接入配电网以后，对于原先采用的整定动作、一级跳间的电流保护装置，在基本要求方面都产生了不同程度的影响。对于不同的风电接入位置，故障位置的不同对不同位置的保护，也会产生不同的影响。当风电接在配电网馈线非末端母线上时，故障的发生会使馈线上游的保护开关发生作用，以快速切除故障。但母线接入风力发电机后，会继续供电使其他线路变成孤岛运行，最终会因为风力发电内部的保护装置动作而退出电网。因此，应在靠近母线的位置，旁边的线路加装保护装置和方向元件。

3.3风电场的容量

电场接入系统后，电网的接线结构会发生改变。当系统发生故障时，风电机会自动开始供给短路电流。不同的风电场容量，能够直接影响短路电流的大小，在风电场接入点的上下级线路，其保护性会受到不同程度的影响。在刚发生短路时，风力发电机会送出含有周期分量和非周期分量的故障电流，分别按照不同的系数衰减至消失。风电场的容量越大，送出的故障电流有着越大的初始值，不仅增大了保护的范围，还提高了保护的灵敏系数。

图1接入风电的系统电网图

4.结语

为了经济的可持续发展，新能源的开发利用在电力市场的运行中势在必行，而继电保护则是新能源接入电网的关键过程，它对于保护线路的安全，维护线路稳定运行具有意义的重大。继电保护系统要适应新能源接入电网技术的发展速度，这样才能为国内清洁能源的开发利用开辟新的道路，因此继电保护系统的研发还要不断的深入。