考虑风力发电的配电网弱馈线路自适应电流保护
中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
上海交通大学电子信息与电气工程学院、上海市电力公司市南供电公司的研究人员陈实、邰能灵、范春菊、洪树斌、唐跃中，在2017年第3期《电工技术学报》上撰文指出，风力发电接入配电网后,配电线路的潮流及故障电流特征发生了改变,风力发电机故障后由于撬棒电路的投入导致风机的正、负序阻抗不再相等,使得以电源正、负序阻抗相等为前提的电流保护整定方案失去合理依据。
通过对含风力发电的配电网弱馈线路不同位置发生两相相间短路和三相短路的故障特性进行研究,结合自适应保护的实时在线整定功能,引入含风力发电的电流Ⅰ段和Ⅱ段保护整定修正系数,改善了传统配电网电流保护的性能。最后,通过对含有风力发电的配电网弱馈线路进行仿真,验证了所提保护方案的有效性。
近年来，随着新能源技术的快速发展，风力发电、光伏技术在电网中得到了越来越广泛的应用。这些新能源目前主要通过两种形式接入电网：①规模化建设，远距离传输；②分布式接入，就地消纳。前者通过高压输电线路进行传输，对主网的安全稳定运行提出了更高的要求；而后者应用灵活，以接入配电网为主。
随着这些分布式电源的接入，配电网的潮流方向、故障电流的分布发生了改变，这就导致按原有定值配置的保护存在误动和拒动的风险。因此，有必要对双馈风力发电机组（DFIG）接入配电网后对继电保护带来的影响作进一步研究。
双馈风力发电机得益于其灵活的控制方式以及高效的传输效率使其成为当前风力发电的主力机型，有别于同步发电机组，双馈风力发电机为了保护变流器免受故障大电流和直流高电压的冲击，在故障后几毫秒内，撬棒（Crowbar）电路将转子侧变流器短路，风机进入异步运行状态。
文献[12]分析了撬棒电阻投入后双馈风力发电机的正、负序阻抗不再相等，且与风电机组转差率及撬棒电阻的阻值存在较大关系。文献[13]通过仿真方法和对风电场现场故障录波数据的分析得出了双馈风力发电机故障后正、负序阻抗值不相等，且正序阻抗值比负序阻抗值大的结论。
文献[14]指出风电机组撬棒电路的投入增大了风电场的正、负序阻抗，加重了风电场的弱馈程度，影响了风电场联络线的距离保护以及选相装置的特性。文献[15]分析了双馈异步风机故障电流的“多态”特性，提出了一套针对风电场节点处的自适应复合式电流-电压保护方案。
文献[16]从多角度分析了由于风电分散式接入配电网，风电的助增和分流效应对上游和下游线路电流保护的影响，得出需限制风电接入短路容量的结论。文献[17,18]分析了含逆变型分布式电源接入配电网后对已有自适应电流速断保护带来的影响，提出了对自适应电流保护的改进措施，改善了保护的性能。文献[19,20]分析了风电场接入配电网后，风电场接入点上游线路和下游线路保护可能会出现误动或拒动的情况，并提出了自适应电流速断保护方案。
本文结合风电机组故障后正、负序阻抗不相等的故障特性，对含双馈风力发电机的配电网弱馈线路电流保护进行了研究。首先分析了含双馈风力发电机的简单配电线路的自适应电流速断保护整定原则，由此拓展到含双馈风电机组的复杂配电线路的自适应电流速断和限时电流速断保护的整定原则。在引入自适应电流整定修正系数后，提出考虑风力发电的配电网弱馈线路的自适应电流保护方案。
图4 含风机的配电线路自适应保护整定流程
结论
含双馈风力发电机的配电网在故障期间正序阻抗大于负序阻抗，将对电流速断保护和限时电流速断保护的整定造成影响，本文主要结论如下：
1）风电接入点的上游线路和下游线路末端发生两相相间短路时，流过本级线路的两相短路电流值在考虑风机正、负序阻抗不相等的情况下，比原短路电流值大。如若不对自适应电流速断整定值进行修正，保护有误动的可能性。引入Ⅰ段整定修正系数，合理地提高了保护定值，保护误动的风险得以降低。
2）风电接入点上游线路在下游线路末端发生两相相间短路时，实际流过的短路电流值比不考虑风机影响时小。在对上游线路限时电流速断保护进行整定时，引入Ⅱ段整定修正系数对限时电流速断保护的整定值进行在线计算，降低了保护拒动的可能性，提高了电流保护动作的可靠性。
3）保护的整定修正系数与风电接入点上下游线路长度有关，风电接入点上游线路保护的Ⅰ段整定修正系数受风力发电机影响较小，且随着上游线路长度的减小而减小；风电接入点下游线路保护的Ⅰ段整定修正系数受风力发电机接入的影响较大，且随着下游线路相对长度的减小而增大。