大规模风电场及其接入电力系统继电保护研究

大容量风电接入电网，对接入电网本身的安全运行和电源结构配置将产生较大影响，给风电场及接入电网的保护配置提出了严峻挑战。目前风电场内部保护配置没考虑相邻风电场影响，风电接入电网的保护配置基本不考虑风电特点，这种情况可能导致保护不正确动作，降低系统运行的安全性和可靠性；大规模风电以风电场群方式汇集后再接入电网，风电联络线路的传输功率大起大落，传统保护能否满足这种系统的运行要求也没有得到证实。针对以上问题，本项目拟开展以下工作：①结合新的风电并网标准，对大规模风电场、风电场群及接入电网进行数学和物理建模，分析其故障特性，研究风电场与接入电网的相互影响。②综合分析风电场及接入系统的保护行为特性，结合经济、技术可行性进行风电场继电保护优化研究。③研究大规模风电并网对风电联络线保护的影响，展开适合于风电特点的自适应继电保护研究。本项目具有明确的生产背景和重要的理论价值。

项目参照我国具有代表性的某些百万千瓦风电基地接入系统方案，研究了风电机组、风速等风电系统数学模型；结合风电场运行数据，研究了风电场运行方式的多变性；基于PSCAD/EMTDC构建了风电机组和便于研究不同运行方式下风电场故障特性的仿真模型，通过风电场实测运行数据验证了所建模型有效、可用。.针对不同类型的风电场，研究了风电机组运行控制策略、风电场投运容量、故障类型、故障点等对风电场故障特性的影响。以国内某风电基地为对象，构建了风电场群仿真模型，研究了风电场群的故障特性、风电场联络线故障对相邻风电场运行的影响，系统故障对风电场运行的影响。研究发现影响风电场短路特性的主要因素有风电机组类型、故障时投运的风机数量、风电场出力、故障类型、故障点等。不同类型风电机组的故障特性有很大差异，异步风电机组提供的短路电流衰减快，双馈风电机组可提供持续短路电流。.研究了风电场目前工程上采用的保护配置及其动作特性。研究发现风电场内集电线路发生故障时，相邻线路上风电机组提供的助增电流与机组类型、装机容量有关,非故障线路上风电机组提供的故障电流有可能引起集电线路电流保护误动；针对风电场集电线路保护配置存在的问题，提出了两种改进措施：在保护中投入方向元件，考虑风电机组提供的助增电流对保护的影响对保护定值进行修正，优化了风电场继电保护配置方案，减少了因集电线路保护误动引起的切机现象，保证风电机组的稳定运行，提高风电场的运行效率。.研究了风电场联络线保护方案的配置的问题。研究发现按常规方法进行联络线距离保护的整定计算，可能导致保护的误动或拒动、无选择性，距离II段的动作延时还可能导致相邻风电场内机组因低压保护动作切机；研究发现受诸多因素的影响，风电场运行方式多变，导致风电场阻抗特性不确定，影响继电器的测量阻抗，风电场侧距离保护范围与风电场运行方式有关，保护范围难于界定。.针对风电场联络线距离保护范围难界定的问题，研究了影响继电器测量阻抗的主要因素。将自适应保护原理应用于风电场联络线，提出了基于风电场实时阻抗的自适应距离保护方法，制定了自适应保护整定流程。以实际风电场联络线为研究案例，编程实现了故障信息提取、风电场实时等值阻抗计算和联络线自适应距离保护的动作边界的确定。研究表明该方法可有效解决风电场联络线距离保护范围难界定的问题。