2023風(fēng)電接入配電網(wǎng)后的繼電保護方案

風(fēng)電接入配電網(wǎng)后的繼電保護方案緒論2014年中國風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計，2014年新增裝機容量2335.05201345.1%1.1476339201325.5%。由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有隨機性和間歇性，且風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不提供無功補償，使得風(fēng)力發(fā)電的輸出不斷變化，且無功功率還需要從電力系統(tǒng)中獲得，當(dāng)風(fēng)電接入配電網(wǎng)中時，會影響配電網(wǎng)的繼電保護定值。文獻[1]介紹了五種風(fēng)電并網(wǎng)的方式，并給出了風(fēng)電并網(wǎng)后對現(xiàn)有電網(wǎng)繼電保護的影響；文獻[2]建立了雙饋風(fēng)力10kV配網(wǎng)的仿真模型，通過仿真分析得出風(fēng)電的接入容量及故障位置影響線路電流保護[3][4]通過分析分布式發(fā)電對保BP為了提高大規(guī)模風(fēng)電接入后的繼電保護運行管理水平，保證主網(wǎng)運行安全、提高配電網(wǎng)故障隔離的速度，本文以風(fēng)力發(fā)電為研究對象，旨在通過研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在配網(wǎng)故障時引起的電氣量變化，揭示配網(wǎng)現(xiàn)有繼電保護的不足，從而提出適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的繼電保護配置方案。由于國內(nèi)外關(guān)于繼電保護整定計算軟件都已相當(dāng)成熟但都不包含風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，因此研究故障情況下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對繼電保護的影響是非常有意義的。風(fēng)電接入對配電網(wǎng)繼電保護的影響[5]-[7],因此切除故障僅需跳開系統(tǒng)側(cè)的斷路器即可。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并入配電網(wǎng)后，如圖1所示，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，不僅系統(tǒng)電源向故障點提供短Figure1.Schematicdiagramofwindpoweraccess35kVdistributionnetwork圖1.風(fēng)電接入35kV配電網(wǎng)示意圖路電流，而且風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也向故障點提供短路電流，且風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供的短路電流的大小、方向與故障點的位置有關(guān)。下面針對35kV配電網(wǎng)系統(tǒng)不同的故障點進行分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)故障的影響：當(dāng)k1點或k5S經(jīng)保護QF1向k1點或k5點提供正向的短路電流，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)Sw1和Sw2向k1點或k5QF1、QF2、QF5誤動作；k2SQF1QF2k2Sw1QF2k2QF1誤動作；k3Sw1Sw2k3QF3QF2QF2QF2QF3后備保護的過電流保護，BC的全長保護，導(dǎo)致后備保護的保護范圍縮短。k4QF3QF3的電流速斷保護的保護范圍延伸到下一級，使速斷保護失去選擇性。工頻故障分量距離保護原理工頻故障分量距離保護基本原理工頻故障分量距離保護與電流保護、電壓保護和距離保護的不同之處在于，前者用故障分量作為保護的測量電壓和電流；后者都是以保護安裝處故障點的全電壓和電流作為保護的測量電壓和電流。工頻故障分量距離保護的原理如下：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，如圖2，可根據(jù)疊加原理將故障后電力系統(tǒng)分解為故障前電力系統(tǒng)狀態(tài)和故障附加狀態(tài)，分別如圖3、圖4，相應(yīng)的也可將故障后的電壓、電流進行分解。從圖2、圖3、圖4中可得，m 0m 0 (2)m mFigure2.Postfaultpowersystem圖2.故障后電力系統(tǒng)Figure3.Powersystemstatusbeforefault圖3.故障前電力系統(tǒng)狀態(tài)Figure4.Faultadditionalstate圖4.故障附加狀態(tài)式中，、0、0、分別m m m m表示故障附加的電壓、電流。k由于工頻故障分量距離保護[8]-[10]是一種暫態(tài)保護，它只反映故障分量中的工頻變化量，而且不受負荷狀態(tài)的影響。也就是說，工頻變化量在短路瞬間表現(xiàn)非常顯著，當(dāng)故障進入穩(wěn)態(tài)后，工頻變化量的變化為零，其動作判據(jù)為：k

0

(3)工頻故障分量距離保護動作特性M。5ZkZmZsetM、MN路點電壓及動作電壓分別為：U0EIZZkIRIZZ

(4)k k S k g S mPZ

ZSZ

IZSZset

(5)其中，k表示正向故障時工頻故障分量電流助增系數(shù)，k的表達式為：kIII通過比較式(4)式(5)，可知正向故障時，、0滿足式(3)的關(guān)系即正向故障時保護可靠動作。

OP kM處為例，工頻故障分量距離保護的動作特性分析如6當(dāng)反向故障時，故障前短路點電壓及動作電壓分別為：U0EIZZkIRIZZ

(6)k k S k g S mkPk

Z

ZZ

ZZst

(7)通過比較式(4)(5)靠不動作。

、U0不滿足式(3)的關(guān)系，即反向故障時，保護可工頻故障分量距離保護在風(fēng)電接入的配電網(wǎng)中的工作原理以1QF1Sw1Sw2Uw1ABI段、IIZQF1Ik1QF1IIk2Figure5.Positiveactioncharacteristicanalysis圖5.正向動作特性分析等效圖Figure6.Positiveactioncharacteristicanalysis圖6.正向動作特性分析等效圖U0ZZ

Z

RI

(8)k S AB AB Bkg UOPZSZABk S AB AB Bkg 將式(8)、式(9)代入動作判據(jù)式(3)，有：

(9)ZZ

Z

RIBCZ

IBC

IIS AB Bk

gI

S AB setAB ABk2處故障時，由于工頻故障分量距離保護采用的是故障分量，從式(10)中可以看出接入風(fēng)機電源后，其對系統(tǒng)的助增效應(yīng)對式(10)II段能可靠動作。由于工頻故障分量距離保護具有以上優(yōu)點，本文將其用于接入風(fēng)電的配電網(wǎng)的保護方案中。工頻故障分量距離保護在風(fēng)電接入的配電網(wǎng)中的應(yīng)用鑒于工頻故障分量距離保護具有良好的方向性，可以彌補電流保護不能識別方向的缺點，本文將工k1、k2、k3k5處發(fā)生短路故障分析，以Ⅰ段工頻故障分量距離保護為例進行分析：k1SQF1k1Sw2k1QF1QF2k2Sw2QF2QF2S和風(fēng)力發(fā)Sw1QF2QF2才動作；k3QF1、QF2QF3能夠很好的配合保護線路；k5SQF1k5Sw1Sw2k5QF5QF1QF2的短路電流是反向的，該保護可靠不動作；通過以上分析可知，工頻故障分量距離保護可以很好的保護接入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)。結(jié)論風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)由單一供電系統(tǒng)變?yōu)槎嘣垂╇娤到y(tǒng)，導(dǎo)致故障點的短路電流大小和方向發(fā)生變化，且由于配電網(wǎng)配置的電流保護