风电接入下的变压器保护挑战：双馈式风电机组低频故障分析

本文主要探讨了风电接入对继电保护特别是风电场送出变压器保护性能的影响。大规模风电并网运行带来了电力系统的新挑战，包括随机发电与随机用电的实时平衡问题，这对电力系统的分析、控制和保护提出了新的技术要求。风电场通常通过送出变压器（如110kV/35kV或330kV/110kV）将电能输送到电网，传统基于电压和电流频率一致的保护机制可能在双馈式风电机组低电压穿越期间失效。 双馈式风电机组因其使用部分功率变流器，成为当前最主流的风机类型。这种发电机在系统故障时，具备的低电压穿越能力使转子Crowbar保护电路在短时间内投入，导致励磁电流变为衰减直流，定子电流频率变为故障前转速频率的交流成分，与常规故障时的50Hz频率显著不同。这使得基于相量值的差动保护，如微机变压器保护装置中的比率制动差动元件，其动作逻辑可能因为两侧电流频率差异大而无法准确判断内外部故障。 在风电场送出变压器保护配置方面，文中提到一种常见的策略是采用相量值差动保护，包括比率差动、涌流闭锁和差动速断元件。比率差动保护通过比较两侧电流的大小和变化率来判断故障，但在双馈式风电机组的特殊工况下，如果电流频率偏离标准，保护动作的精确性会受到影响。此外，文章还提到了基于采样值的差动保护，尽管理论上可以提供更精确的信号，但在实际应用中也可能因故障前后的电流频率差异而难以快速且准确地做出反应。 通过仿真分析和某地区风电接入的实际案例研究，作者揭示了风电机组类型、运行工况、故障位置、故障类型以及短路容量比等因素对风电场送出变压器保护动作性能的重要影响。结论指出，现有的保护方案可能不足以应对大规模风电接入带来的复杂电力系统动态，需要针对双馈式风电机组的特点和风电场特有的运行环境，进一步优化继电保护策略和技术，以确保电力系统的安全稳定运行。