计及风电并网的电网故障诊断方法研究

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1、计及风电并网的电网故障诊断方法研究摘要：分析了风力发电接入对系统原冇继电保护配置的影响作用；明确了双馈式风电机组接入电网后的保护配置情况；基于结线分析完成了对故障时电网网架变化的基本模式分析，提岀了相应故障模式的具体判据；最后结合某地区实际发生的电网实例，验证了所提出方法的有效性。关键词：故障诊断；风电；保护配置；结线分析；双馈式风力发电机作者简介：平轶玲（1980-），女，山西长治人，长治供电公司，工程师，技师。（山西长治046000）中图分类号：TM774文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）36-0219-02目前

2、，关于电网故障诊断的理论研究［1-4］愈来愈成熟，许多研究学者从电网故障诊断的基木方法及多种方法的综合利用和度进行阐述；也有研究者从电网故障诊断的数据源及多种数据源的综合利用的角度［5-6］来研究电网故障诊断系统及模型；还有从电网故障诊断理论的实用化角度［7］来阐述这一问题，但结合新能源发电的电网故障诊断的研究鲜有报道，文献［8-9］从保护工程的角度研究了风电机组并入电网后的故障特性，这对于提高风电场继电保护动作的有效性和可靠性具有重要的意义。山于新能源并网发电系统出力的随机性和波动性特点，接入电网后对电网电能质量势必造成一定的影响。2

3、006年11月4口欧洲互联电网发生的大范闱停电事故造成系统重要断面潮流加重，使电网低频地区大量风电机组跳闸。此次事故表明风电的接入增加了电网事故的严重程度，加剧了调控人员对于事故的处理难度。针对上述问题，本文分析了新能源发电接入对系统继电保护配置的影响作用，明确了双馈式风电机组接入电网后各电气元件的保护配置情况，在此基础上结合电网的网架特性，研究了地区电网故障分析方法，详细分析了确定故障设备的原理和过程，并例证了方法的有效性和实用性。一、风电并网后对系统原有继电保护配置的影响目前，对于小容量的风电机组，研究学者在继电保护整定计算或潮流计

4、算时往往将其等值为一个负荷，并不考虑电网故障后风电机组向故障点提供短路电流的情况；而对于大规模并网的风电机组，当电网发生故障后,风电机组会提供较大的短路电流，如果保护装置的动作时间较短，则必须考虑风电场提供的短路电流对保护装置的影响。文献［10］表明当保护装置的动作时间小于5个周波时，保护装置的整定需按双电源供电来考虑，可以配置方向性电流保护。当大规模风电机组并网后，山于风能具有很强的随机波动性和不可准确预测性，因此风电并网对电力系统的稳定性带來极大的威胁，这也体现在风电并网后对原有电网保护配置状况的影响。由于风机可以作为单独的电源，因

5、此当电网故障后可能使原冇的单端网络供电变为多端供电，使电网的网架结构发生变化，影响故障后提供给短路点的短路电流大小和流向，使潮流计算的结果发生较大的改变；同时影响原有保护Z间的上下级配合关系。二、风电机组的保护配置电网故障的类型可分为单一故障、多重故障及连锁故障。连锁故障主要包括发展型故障、由于电网内功率不平衡而造成的故障。随着大规模风电等新能源集屮并网，由于电网故障而造成电压跌落致使风电机端电压越限保护动作而切除风电机组的连锁事故越来越多，因此分析风电机组的保护配置状况显得尤为重要。以图1双馈式风力发电机组保护配置为例來分析各个元件保

6、护的配置状况。对于风机本体来说，其保护主要包括电压越限保护、频率越限保护和电流保护，保护动作于低压侧的QF1断路器。电压越限保护指风机端电压超过额定值的±10%时动作，延时0.Is；频率越限保护指电网频率超出50(±0.5)Hz的范围时风机与系统解列，延时0.Is；电流保护包括电流速断保护和过电流保护，电流速断保护瞬时动作，其整定值按照发电机内部发生相间短路的情况来整定，过电流保护的整定值一般按照2倍的额定电流来整定，动作时限为1〜3s。［11］变流器保护一般采用Crowbar(撬杠)保护，［12］当转子过流、网侧变流器支路过流等监测参

7、数有一项超过其整定值时，Crowbar保护在毫秒范围内投入，将转子侧变流器切断，同时对于不具备低电压穿越能力的风电机组，在Crowbar保护投入后，立即切除风电机组的出口断路器QF1。风机中的箱式变电站高压侧配置熔断器保护、避雷器保护和负荷开关。当风机或箱变故障时，风机的保护控制箱变低压侧断路器跳闸，而高压侧靠熔断器熔断或上级保护跳开集电线路从而切除故障。汇流母线配置专门的母线保护，一般采用高阻或低阻母差保护；风电场主变保护采用双套不同原理的差动保护作为主保护，后备保护在高压侧配置；风电送出线L的主保护一般采用光纤电流保护，而后备保护则

8、采用三段式的距离保护。三、地区电网故障时电网结构变化模式当电网发生故障时，由于电气量发生变化导致保护装置和断路器动作，局部网架结构瞬间可能发生较大的变化，因此本文结合故障前后网络拓扑的结果，通过分析故障后电