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摘要：现有风电场并网线路继电保护及安全自动装置从保障系统安全、稳定方面考虑，多按最高标准配置，可能存在保护回路复杂化，联切和操作次数频繁等问题，影响了风电场并网运行的经济效益。本文首先分析了双馈异步风力发电系统的工作原理，针对其运行特点，以河南某风电场为例，提出了合理的风电场并网线路保护配置方案及相关保护配合问题。
关键词：双馈异步发电机；风电场；保护配置；联切
0 引言
近几年我国风电发展迅速，已从试点走向大规模商业化开发阶段。据国家能源局统计，全国风电装机总量2014年底将达到1亿千瓦，从而提前一年完成十二五规划目标，风电发电量占全国比重也将由2008年的0.38%增长到2.52%，连续两年超过核电，成果国内第三大电源。预计，到2020年中国风电装机量将实现2亿千瓦，发电量比重也将达到5%以上，进而可以显示从替补电源到替代电源的转变。但是另一方面，因风电并网技术有待提高、电源系统规划衔接不到位等原因，造成近年来国内弃风现象比较严重。
在继电保护配置方面，现有风电场并网线路继电保护及安全自动装置从保障系统安全、稳定方面考虑，多按最高标准配置，可能存在保护回路复杂化、联切和操作次数频繁等问题。本文从双馈异步发电机运行特点及对系统的影响进行分析，提出合理的风电并网线路继电保护配置方案，在保证系统安全、稳定运行的前提下，尽力解决弃风问题，提高风电并网经济效益。
1 双馈异步风力发电系统
风力发电机主要有直流发电机、永磁交流发电机、同步发电机、异步发电机、双馈异步发电机以及开关磁阻发电机等。双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，其定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变流器与电网连接，通过转子侧施加的励磁电流来控制发电机的转矩。双馈异步风力发电机因其转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足并网要求，且由于励磁用PWM变流器容量小于风力发电机组额定容量，降低了制造成本，成为当前风能开发利用中的主流发电机类型。双馈异步发电系统示意图如图1。
双馈异步风力发电系统并网运行的特点是：第一，在不同的转速下可以通过调节转子侧励磁电流的频率来实现恒频发电，最大限度的提高整个系统的效率。第二，对定子侧输出有功功率和无功功率的调节能够在转子侧实现，同时通过矢量控制能实现有功和无功解耦，提高整个系统的动态和静态性能。第三，转子绕组采用交流励磁，发电机和电网之间是柔性连接，能最大限度的满足并网条件。
风力发电机组并网前通过变流器的控制来调整其电压大小和相位与系统电压同步后，并入电网。双馈异步风机由定子端输送有功功率到电网，并在转子回路和电网之间通过变流器进行有功功率的互动。双馈异步风力发电机可以通过转子侧变流器控制实现由转子回路提供其风力发电机的励磁。通过调节励磁电流实现并入到电网上的电压恒频恒压，实现有功功率和无功功率的独立调节，改善风力发电机组和所并入电网的动态和静态稳定性。
2 河南某风电场概述
本文以河南某典型风电场为例，阐述风电场并网线路继电保护及安全自动装置配置方案。该风电场16台2MW机组共计容量32MW，发电机组出口电压为0.69kV。该风电场经35/110kV升压变，通过1条110千伏线路接入系统。风电场接入系统一次主接线如图2。
3 风电场并网线路保护的配置
3.1 短路电流计算
风电场作为一种发电的电源，在电网发生短路故障时，若故障点距离风电场较远，风电场接入点的电压跌落没有达到风电场的切除值或者风电场内的风机具有低电压穿越能力，则系统短路故障后，风电场也会向故障点输送短路电流。
选取系统最大运行方式下，选取风电场并网点110kV母线进行三相接地短路电流计算。短路电流计算结果为7.35kA，其中系统提供的短路电流为7.01kA，风电场提供的短路电流为0.24kA。
3.2 并网线路保护配置
风电场并网线路保护配置应根据短路电流的特点进行配置，风电场不提供短路电流或短暂提供短路电流的，并网线路按单电源考虑；风电场提供短路电流的，并网线路按双电源考虑，且根据短路电流大小确定两侧采用距离零序保护还是光纤差动保护。
从以上短路电流计算可知，当并网线及电网发生故障时，风电场能够持续提供较小的短路电流。并网线路的保护配置应按线路两侧均由电源考虑，并在两侧均配置完善的保护。为保障可靠切除故障，并网线路两侧对应配置光纤差动保护。
由于风电场作为电源点接入系统，应根据风电场实际运行参数对系统原保护定值进行重新校核，使之相互配合。
3.3 防孤网运行措施
当系统发生故障时，造成风电场带部分负荷运行，与系统解列，称为孤网运行。由于风电场自身运行特点，风电机组缺少工频电源触发风电机组可控硅逆变器以及电力平衡问题，目前在实际运行中，通常采用联切手段，避免风电场孤网运行。对于风电场和地方小火电、小水电共同带一部分负荷的孤网运行情况，需根据电力平衡及相关安全自动措施做进一步研究。
3.4 非同期合闸问题
双馈异步发电系统采用电力电子技术将风电场的电压、频率、功角与电力系统拉入同步的电源，不存在"同期并网"问题。正常运行方式下，线路重合闸、备自投可正常投入。防止风电场孤网运行的联切时间应与线路重合闸、备自投时间相配合，避免瞬时故障情况下风电场脱网运行，造成不必要的损失。
4 结论
本文根据双馈异步发电系统的运行特点，以河南某风电场为例，提出了兼顾风电场与系统安全、稳定运行的并网线路保护配置及相关保护配合问题。考虑风电的电源特性，提出并网线路应按两侧电源考虑，且针对该风电场在系统故障情况下提供较小短路电流的情况，建议其并网线路采用光纤差动保护；提出当系统故障时，为防止风电场孤网运行的联切时间应躲过线路重合闸、备自投时间，以减少不必要的联切。
参考文献
[1] 刘细平，林鹤云.风力发电机及风力发电控制技术综述[J]，大电机技术，2007年第3期：13-15
[2] 刘其辉.变速恒频风力发电系统运行与控制研究[D]，浙江大学博士学位论文2005
[3] DL/T584-2007 3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程[S].
[4] DL/T559-2007 220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程[S].
[5] GB/T 14258-2006 继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[6] GB/T 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定[S].
作者简介：张庆庆（1983-），女，工程师，从事电力系统规划设计工作。
关键词：双馈异步发电机；风电场；保护配置；联切
0 引言
近几年我国风电发展迅速，已从试点走向大规模商业化开发阶段。据国家能源局统计，全国风电装机总量2014年底将达到1亿千瓦，从而提前一年完成十二五规划目标，风电发电量占全国比重也将由2008年的0.38%增长到2.52%，连续两年超过核电，成果国内第三大电源。预计，到2020年中国风电装机量将实现2亿千瓦，发电量比重也将达到5%以上，进而可以显示从替补电源到替代电源的转变。但是另一方面，因风电并网技术有待提高、电源系统规划衔接不到位等原因，造成近年来国内弃风现象比较严重。
在继电保护配置方面，现有风电场并网线路继电保护及安全自动装置从保障系统安全、稳定方面考虑，多按最高标准配置，可能存在保护回路复杂化、联切和操作次数频繁等问题。本文从双馈异步发电机运行特点及对系统的影响进行分析，提出合理的风电并网线路继电保护配置方案，在保证系统安全、稳定运行的前提下，尽力解决弃风问题，提高风电并网经济效益。
1 双馈异步风力发电系统
风力发电机主要有直流发电机、永磁交流发电机、同步发电机、异步发电机、双馈异步发电机以及开关磁阻发电机等。双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，其定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变流器与电网连接，通过转子侧施加的励磁电流来控制发电机的转矩。双馈异步风力发电机因其转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足并网要求，且由于励磁用PWM变流器容量小于风力发电机组额定容量，降低了制造成本，成为当前风能开发利用中的主流发电机类型。双馈异步发电系统示意图如图1。
双馈异步风力发电系统并网运行的特点是：第一，在不同的转速下可以通过调节转子侧励磁电流的频率来实现恒频发电，最大限度的提高整个系统的效率。第二，对定子侧输出有功功率和无功功率的调节能够在转子侧实现，同时通过矢量控制能实现有功和无功解耦，提高整个系统的动态和静态性能。第三，转子绕组采用交流励磁，发电机和电网之间是柔性连接，能最大限度的满足并网条件。
风力发电机组并网前通过变流器的控制来调整其电压大小和相位与系统电压同步后，并入电网。双馈异步风机由定子端输送有功功率到电网，并在转子回路和电网之间通过变流器进行有功功率的互动。双馈异步风力发电机可以通过转子侧变流器控制实现由转子回路提供其风力发电机的励磁。通过调节励磁电流实现并入到电网上的电压恒频恒压，实现有功功率和无功功率的独立调节，改善风力发电机组和所并入电网的动态和静态稳定性。
2 河南某风电场概述
本文以河南某典型风电场为例，阐述风电场并网线路继电保护及安全自动装置配置方案。该风电场16台2MW机组共计容量32MW，发电机组出口电压为0.69kV。该风电场经35/110kV升压变，通过1条110千伏线路接入系统。风电场接入系统一次主接线如图2。
3 风电场并网线路保护的配置
3.1 短路电流计算
风电场作为一种发电的电源，在电网发生短路故障时，若故障点距离风电场较远，风电场接入点的电压跌落没有达到风电场的切除值或者风电场内的风机具有低电压穿越能力，则系统短路故障后，风电场也会向故障点输送短路电流。
选取系统最大运行方式下，选取风电场并网点110kV母线进行三相接地短路电流计算。短路电流计算结果为7.35kA，其中系统提供的短路电流为7.01kA，风电场提供的短路电流为0.24kA。
3.2 并网线路保护配置
风电场并网线路保护配置应根据短路电流的特点进行配置，风电场不提供短路电流或短暂提供短路电流的，并网线路按单电源考虑；风电场提供短路电流的，并网线路按双电源考虑，且根据短路电流大小确定两侧采用距离零序保护还是光纤差动保护。
从以上短路电流计算可知，当并网线及电网发生故障时，风电场能够持续提供较小的短路电流。并网线路的保护配置应按线路两侧均由电源考虑，并在两侧均配置完善的保护。为保障可靠切除故障，并网线路两侧对应配置光纤差动保护。
由于风电场作为电源点接入系统，应根据风电场实际运行参数对系统原保护定值进行重新校核，使之相互配合。
3.3 防孤网运行措施
当系统发生故障时，造成风电场带部分负荷运行，与系统解列，称为孤网运行。由于风电场自身运行特点，风电机组缺少工频电源触发风电机组可控硅逆变器以及电力平衡问题，目前在实际运行中，通常采用联切手段，避免风电场孤网运行。对于风电场和地方小火电、小水电共同带一部分负荷的孤网运行情况，需根据电力平衡及相关安全自动措施做进一步研究。
3.4 非同期合闸问题
双馈异步发电系统采用电力电子技术将风电场的电压、频率、功角与电力系统拉入同步的电源，不存在"同期并网"问题。正常运行方式下，线路重合闸、备自投可正常投入。防止风电场孤网运行的联切时间应与线路重合闸、备自投时间相配合，避免瞬时故障情况下风电场脱网运行，造成不必要的损失。
4 结论
本文根据双馈异步发电系统的运行特点，以河南某风电场为例，提出了兼顾风电场与系统安全、稳定运行的并网线路保护配置及相关保护配合问题。考虑风电的电源特性，提出并网线路应按两侧电源考虑，且针对该风电场在系统故障情况下提供较小短路电流的情况，建议其并网线路采用光纤差动保护；提出当系统故障时，为防止风电场孤网运行的联切时间应躲过线路重合闸、备自投时间，以减少不必要的联切。
参考文献
[1] 刘细平，林鹤云.风力发电机及风力发电控制技术综述[J]，大电机技术，2007年第3期：13-15
[2] 刘其辉.变速恒频风力发电系统运行与控制研究[D]，浙江大学博士学位论文2005
[3] DL/T584-2007 3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程[S].
[4] DL/T559-2007 220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程[S].
[5] GB/T 14258-2006 继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[6] GB/T 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定[S].
作者简介：张庆庆（1983-），女，工程师，从事电力系统规划设计工作。