大规模风电接入的继电保护问题综述

对国内外大规模风电接入电网的继电保护问题进行了综述.首先分析了不同类型风电机组短路电流的幅值和衰减特征,以及影响风电场短路电流的因素.其次讨论了风电场内集电线路的故障特征和相应的保护策略.然后针对高压输电系统保护对风电接入的适应性,分析了零序保护、重合闸和距离 III 段的性能以及相应对策.最后,建议应当从加强风电机组故障特性研究、组织力量开展保护用风电机组电磁暂态通用模型研究、开发适用于风电场集电线路和网络保护的网络化保护新原理与新技术以及加强风电场与电网在保护和控制方面的协调配合4个方面展开研究工作,解决继电保护面对的问题     

风电接入对继电保护的影响（五）——风电分散式接入配电网对电流保护影响分析

通过对3种不同类型风力发电机电磁暂态模型的故障仿真分析指出：永磁直驱式风力发电机由于其控制器的限流作用,接入系统短路时不会提供大的短路电流,对过流保护的影响可以忽略;感应式和双馈式风力发电机可能造成风电接入点下游的过流保护误动,造成接入点上游的过流保护范围缩短,导致Ⅱ段拒动。仿真过程中通过改变风电接入位置、故障点位置、线路长度及风电接入容量,分析风电助增电流或分流作用对短路电流及保护各段定值的影响。通过描绘短路电流与风电接入点短路容量比的关系曲线,验证了为防止保护的不正确动作,限制风电接入点短路容量比在10 % 以下是必要的。（详见2013年第33卷第5期）     

风电接入对继电保护的影响（五）——风电分散式接入配电网对电流保护影响分析

通过对3种不同类型风力发电机电磁暂态模型的故障仿真分析指出：永磁直驱式风力发电机由于其控制器的限流作用,接入系统短路时不会提供大的短路电流,对过流保护的影响可以忽略;感应式和双馈式风力发电机可能造成风电接入点下游的过流保护误动,造成接入点上游的过流保护范围缩短,导致Ⅱ段拒动。仿真过程中通过改变风电接入位置、故障点位置、线路长度及风电接入容量,分析风电助增电流或分流作用对短路电流及保护各段定值的影响。通过描绘短路电流与风电接入点短路容量比的关系曲线,验证了为防止保护的不正确动作,限制风电接入点短路容量比在10 % 以下是必要的。（详见2013年第33卷第5期）     

风电接入对继电保护的影响(五)——风电分散式接入配电网对电流保护影响分析

通过对3种不同类型风力发电机电磁暂态模型的故障仿真分析指出:永磁直驱式风力发电机由于其控制器的限流作用,接入系统短路时不会提供大的短路电流,对过流保护的影响可以忽略;感应式和双馈式风力发电机可能造成风电接入点下游的过流保护误动,造成接入点上游的过流保护范围缩短,导致Ⅱ段拒动。仿真过程中通过改变风电接入位置、故障点位置、线路长度及风电接入容量,分析风电助增电流或分流作用对短路电流及保护各段定值的影响。通过描绘短路电流与风电接入点短路容量比的关系曲线,验证了为防止保护的不正确动作,限制风电接入点短路容量比在10%以下是必要的。     

风电接入对继电保护的影响（五）——风电分散式接入配电网对电流保护影响分析

通过对3种不同类型风力发电机电磁暂态模型的故障仿真分析指出：永磁直驱式风力发电机由于其控制器的限流作用,接入系统短路时不会提供大的短路电流,对过流保护的影响可以忽略;感应式和双馈式风力发电机可能造成风电接入点下游的过流保护误动,造成接入点上游的过流保护范围缩短,导致Ⅱ段拒动。仿真过程中通过改变风电接入位置、故障点位置、线路长度及风电接入容量,分析风电助增电流或分流作用对短路电流及保护各段定值的影响。通过描绘短路电流与风电接入点短路容量比的关系曲线,验证了为防止保护的不正确动作,限制风电接入点短路容量比在10 % 以下是必要的。（详见2013年第33卷第5期）     

风电接入对继电保护的影响(二)——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机(DFIG)风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD/EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。     

风电接入对继电保护的影响（二）——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

风电接入对继电保护的影响（二）——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

（五）风电分散式接入配电网对电流保护影响分析

通过对3种不同类型风力发电机电磁暂态模型的故障仿真分析指出：永磁直驱式风力发电机由于其控制器的限流作用,接入系统短路时不会提供大的短路电流,对过流保护的影响可以忽略;感应式和双馈式风力发电机可能造成风电接入点下游的过流保护误动,造成接入点上游的过流保护范围缩短,导致Ⅱ段拒动。仿真过程中通过改变风电接入位置、故障点位置、线路长度及风电接入容量,分析风电助增电流或分流作用对短路电流及保护各段定值的影响。通过描绘短路电流与风电接入点短路容量比的关系曲线,验证了为防止保护的不正确动作,限制风电接入点短路容量比在10 % 以下是必要的。（详见2013年第33卷第5期）     

（五）风电分散式接入配电网对电流保护影响分析

通过对3种不同类型风力发电机电磁暂态模型的故障仿真分析指出：永磁直驱式风力发电机由于其控制器的限流作用,接入系统短路时不会提供大的短路电流,对过流保护的影响可以忽略;感应式和双馈式风力发电机可能造成风电接入点下游的过流保护误动,造成接入点上游的过流保护范围缩短,导致Ⅱ段拒动。仿真过程中通过改变风电接入位置、故障点位置、线路长度及风电接入容量,分析风电助增电流或分流作用对短路电流及保护各段定值的影响。通过描绘短路电流与风电接入点短路容量比的关系曲线,验证了为防止保护的不正确动作,限制风电接入点短路容量比在10 % 以下是必要的。（详见2013年第33卷第5期）     

关于风电场适应性继电保护的探讨

风电场机组容量正逐年增加,大规模风电接入系统对电力系统电能质量影响较大,由于风能的随机性和不控性,使风电所占系统容量份额增加的同时,向系统提供的短路电流也越来越大。因此风电保护配置对电网的影响也是重要的。使用MatlabB中动态仿真工具Simulink,对包含风电场的单机无穷大电力系统当联络线发生故障时进行动态仿真,通过双馈发电机在不同故障类型下的故障电压、电流曲线,通过实例分析得出风电场应采用适应性保护,并对风电对电网继电保护的影响进行了分析。     

风电接入电力系统故障电流的影响因素分析及对继电保护的影响

在EMTDC／PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型。比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件及控制策略下的仿真结果,验证了模型的正确性。同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果,验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性。在以上模型的基础上,仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征,结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素,研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础。     

一种适用于深远海全直流风电汇集网络的保护方法

随着海上风电向深远海发展,全直流型风电场由于不存在过电压问题等优点逐渐受到重视。针对全直流海上风电场的汇集线路继电保护问题,首先分析了直流汇集网络在不同故障类型及不同故障位置下的故障特征,计算对应故障情况下的故障电流,并与仿真值进行对比验证。根据故障特征提出一种利用汇集侧暂态电流变化率的单端量故障选线方案,利用区内外故障的故障暂态电流变化率极性和幅值差异,可在换流器过流闭锁前快速识别故障类型、故障线路及极性。通过在母线处设置附加选线流程,使线路末端高阻接地故障时也能准确选线。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了全直流海上风电场模型,进行多种故障场景下的仿真分析,验证了所提故障选线方法的有效性。     

Impacts of DFIG‐based wind farm integration on its tie line distance protection and countermeasures

Modern power grids, especially high‐voltage grids, are increasingly integrated with wind farms. The correct action of distance protection for the wind farm tie line plays an important role in the safe and stable operation of the power system. However, based on the fault characteristics of wind farms based on the doubly fed induction generator, considering crowbar action and weak infeed properties, this paper reveals some serious defects of conventional distance protection. The result shows that, due to the influences of mixed data window and damped current component with near‐rotor‐speed frequency, the fault distance calculation result obtained by the fundamental‐component‐based distance protection is inaccurate. To tackle this problem, a transient‐based distance protection countermeasure along with a faulted phase selection technique is proposed. Specifically, the transient phase voltage characteristic for different fault types is analyzed to select the faulted phase. Considering the effect of high‐frequency components, pre‐fault voltage compensation, and transducer characteristics, a distance calculation procedure including a low‐pass filter, the reconstruction of voltage at the fault point, and an iterative fault distance calculation is proposed. The comprehensive performance of the proposed method is validated by the simulation case studies using the PSCAD /EMTDC software. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

风电场场内输电线路直击雷防护研究

风力发电场的场内输电线路是防雷保护的薄弱环节.当雷电击中输电线路时,会造成线路过电压,损坏电力变压器设备.对此,笔者以某风力发电场雷击事故为例,利用电磁暂态程序ATP/EMTP建立雷电直击于输电线路的模型,定量计算出升压变压器上的暂态过电压和流过电缆的最大雷电流,综合考虑安装线路避雷器和降低接地电阻对计算结果的影响,然后确定风电场场内输电线路有效的防雷保护方案,确保变压器安全可靠运行.仿真分析验证,采用该方案能提高场内输电线路的耐雷水平,能起到保护变压器安全运行的作用.     

风电接入对继电保护的影响(七)——风电场送出电网继电保护配置研究

开展大规模风电场并网送出电网继电保护实时数字仿真(RTDS)试验,指出现有风电场送出电网继电保护存在的问题,给出风电场送出电网保护配置建议:110 kV送出线路的主保护采用分相电流差动保护,后备保护采用解微分方程算法的距离Ⅰ段,或将相量距离Ⅰ段保护延时0.15 s动作,同时配置常规距离Ⅱ、Ⅲ段及零序电流保护;送出变压器主保护采用差动保护,励磁涌流判据采用间断角鉴别、时差法等方法,后备保护配置复合过电流保护及零序电流方向保护;330 kV送出线路主保护配置2套独立工作的分相电流差动保护,采用电压突变量选相元件及基于零序分量的方向元件,后备保护配置与110 kV送出线路相同。     

风电场对电网继电保护的影响

对风电系统的电磁暂态过程进行了分析,建立了风力发电机的电磁暂态数学模型。使用Matlab中的动态仿真工具Simulink,对包含风电场的单机无穷大系统在联络线发生故障时的情况进行了动态仿真,得出了不同类型风电机组在不同短路故障时的短路电流。通过实例分析验证了风电场对电网继电保护的影响,得到了在考虑风电场的情况下进行系统继电保护整定的特殊整定原则。     

风电场接入配网对电流保护的影响分析

风电的接入使得系统由单电源、辐射式结构变成双电源的网络,对配电网原有的继电保护产生较大的影响。本文以PSCAD软件为平台,搭建了含异步风力发电机的风电场和配电网模型,从风电场容量和接入位置两个方面分析了风电场接入对配电网电流保护的影响,得出风电并入配电网对保护的影响并提出解决方案。     

大型风电场建模综述

风电场建模是研究风电场接入电网运行和控制的基础。随着我国千万千瓦级风电场陆续投入电网运行,建立描述大型风电场的稳态和动态行为的数学模型是一个关键课题。对现有风电场建模研究成果从风速—功率关系模型、稳态潮流计算模型、动态模型和暂态模型四方面进行分析和总结;并针对近期出现的大型风电场连锁切机事故,提出了风电场连锁动态过程建模的概念和必要性。通过对现有风电场建模方法的综述,旨在指出目前大规模风电场建模存在的问题和需要进一步研究的方向。