文玉玲，晁勤，吐尔逊依布拉

摘要：大规模风电接人系统对电力系统电能质量的影响较大。风能的随机性和不可控性，使风电占系统容量的份额增大时，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。文章对风电系统保护进行了论述。分析了风电对电网继电保护的影响，使用MATLAB的动态仿真工具SIMUI。INK，对包含风电场的单机无穷大电力系统发生联络线故障时进行动态仿真。通过分析双馈发电机不同故障类型下的故障电压、电流曲线，指出风电场应采用的适应性保护。
关键词：风电保护；短路电流；故障类型；继电保护

引言
风力发电机组的并网特性一直都是被关心的问题。以往的研究丁作主要集中在考虑风电场特性时的各类潮流优化算法、风电场对系统稳定
性以及电能质量的影响等f1】．[21．而关于短路故障期间风电机所提供短路电流的特性及风电机组保护，却没有引起人们足够的重视，研究成果也相应较少。如果风电场电容量大到一定程度。一旦电网发生故障．风电场提供的短路电流就可能超过系统侧提供的短路电流，在电网设备选择、校验和继电保护配置整定时。应该考虑风电短路电流的影响1引。因此，研究在故障状态下风电机组的短路电流特性及风电机组的保护是非常必要的。

1风电场典型的保护配置
图1为风电场保护配置图。

1．2有限接地故障保护
有限接地故障保护检测从低压绕组和端部区域到地的漏电流。
11 kV电缆电路(区域A)是常规方式的过电流保护和接地故障保护。
1．3风电场与33(35)kV电网相连的保护图2风电场与33(35)kV电网相连的

风电场与33 kV电网相连时没有主变压器。33 kV／11 kV变压器的保护类似于公用电网同容量变压器的保护方式(差动保护、定时限电流
速断保护、定时限过电流保护、瓦斯保护等)。33 kV开关保险丝不容易获得。对于预期故障电流的整个范围，难以提供33 kV／690 V变压
器的全面保护，对于低电压端的单相接地故障，有效的保护是特别困难的。所以采用综合保护是有效的手段，例如，采用包括高压侧和低压侧保护的微机保护来作为33 kV／690 V变压器保护。

2风电对电网继电保护的影响
与常规配电网的保护不同，风电是间隙性的。风电场中有些元件通过的潮流可能是双向的。风力发电机组在有风期间都是和电网相连
的，当风速在起动风速附近变化时，为防止风电机组频繁投切对接触器的损害。允许风电机组短时电动机运行。此时改变系统的潮流方向，容易引起保护装置的误动作。

短路故障发生瞬间，并网运行的固定转速的异步发电机各相电流发生突变。并按照指数规律衰减，最终到零。因为固定转速风电机组采用的
是普通感应电机．而感应电机模型中转子只考虑励磁支路，所以感应电机的短路电流初值由定子暂态电抗与定子绕组非周期电流的初值决定，其短路电流依次根据暂态时间常数与定子绕组时间常数按照指数规律衰减，短路电流频率由转子转速决定【3】．141。

异步发电机没有独立的励磁机构，在电网发生短路故障时，由于机端电压显著降低，发电机失去励磁。很难向电网输送短路电流。在三相短路故障时．异步发电机仅能提供很小的持续短路电流(I一0)；在两相短路时，异步发电机提供的短路电流{zd0}。风机出口电压是低压系统(如0．69 kV)，折算到35 kV(或更高电压等级)侧时，其阻抗需乘以K：[K：=(巩／‰)2]，因此从35 kV侧的等值电路来看，风力发电机及相应的低压电缆相当于一个很大的限流电抗，短路电流无法送出。

并网运行的双馈风电机组与基于普通异步发电机的定速风电机组的短路电流特性有很大的不同．短路故障发生瞬间电机各相电流发生突
变．并按照指数规律衰减．最终达到稳态短路状态。维持运行。双馈变速风电机组模型中，双馈电机转子只考虑了励磁支路，所以其短路电流初值由定子绕组暂态电抗与定子绕组非周期电流的初值决定，其短路电流依次根据定子绕组暂态时间常数与定子绕组时间常数按照指数规律衰减。当线路发生三相短路故障时。双馈风力发电机仅能提供瞬间性短路电流，持续短路电流I一0。当线路发生两相短路故障时．双馈风力发电机提供的持续短路电流很大。

风电场故障电流主要是由公用电网电源提供的。风电场保护是要根据有限的故障电流识别故障的发生。

3风电引起的保护问题

图3为包含风电的系统图。

 图中。R是有时间延迟的过电流继电器；RN是有时间延迟的接地故障过电流继电器；G为风力发电机。
风电接入配电网。由继电器感知的故障电流可能增加或减少，取决于发电机和故障的位置。在K1处故障，由10 kV馈线继电器看到的
故障电流增加了；在K2处故障，由10 kV馈线继电器看到的故障电流可能减少了。因为风电的接人，K2处故障时，风电接人点残压提高了。由系统提供的短路电流小了。

4 双馈变速发电机故障仿真分析

如图4所示。双馈风力发电机组接入单机无穷大系统，风电场由9 MW双馈风力发电机组成。风力发电机出口电压为690 V，通过升压将
电压升至25 kV，再通过两条分别为10 km和20km长的25 kV输屯线路送至升压站。电压升至120 kV．最终接人无穷大系统，两条25 kV输电线
路之间在5 s时刻发生0．15 s的短路故障。基于Matlab／Simulink7．0的仿真如图5。

当风电机在“Voltage regulation”模式下，可以看到，在单相接地故障期间，风力机输出的正序电压(∥-愿575)下降到O．8 pu，高于保护阀值(0．75pu)，此时风电机组依然继续运行(图6，图7)阁。

根据规程规定：在不接地系统发生单相接地故障时。允许设备带故障运行2 h。当风电机在“Voltage regulation”模式下．可以看到，在三相故障期间，风力机输出的正序电压(U1／B575)下降到0 pu，低于保护的阀值(0．75pu)。双馈风力发电机提供瞬间性短路电流，持续短路电流，一0。此时风电机组被低电压保护切除。风电机组停止运行，当故障被切除，风机出l=l电压恢复为额定电压(图8，图9)。

当风电机在“Voltage regulation”模式下，可以看到，在两相故障期间，风力机输出的正序电压(Ul／B575)下降到0．4 pu，低于保护的阀值
(0．75 pu)，双馈风力发电机提供持续短路电流。此时风电机组被低电压保护切除，风电机组停止运行．当故障被切除，风机出lYl电压恢复为额定电压(图10，图11)

综上所述。随着电网故障类型、故障点的不同，风电场保护动作特性也不同。因此，如果常规的风电场电流保护一成不变，将会影响风电场保
护动作的可靠性、有效性，会对风电场造成一定的损坏。因此，风电场保护应根据故障类型、短路状态来改变同型保护的定值【6I-481。

5．结论
本文对风电系统保护进行了论述，对风电影响电网继电保护进行了分析。使用MATLAB动态仿真工具SIMULINK，对电网发生的不同故障
进行仿真分析表明，由于电网故障类型、故障地点的不同。风电场保护动作特性也不同，因此风电场应采用适应性保护，以提高保护动作的可靠性和有效性．保证风电场的稳定。