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摘要：纵观近几年我国的经济发展、资源使用的历程，发现当前中国已经成为全球范围内其风力发电发展速度最快，并且市场规模最大的国家之一。环境保护以及资源节约型社会也是当前国家最为推崇的社会建设，从国家对市场的整体把控进行分析，当前我国在不断加大对新能源发展的鼓励。特别是在最近几年，风电能源的发展速度可以说十分的惊人，其在以前所未有的速度向前进。因此本文分析了风电场接入系统后对电网保护产生的影响，以期有所帮助。
关键词：风电场；电网保护；影响分析
随着我国能源结构的调整，响应节能减排，而风电的发展在清洁能源中占了举足轻重的位置，风力发电在国内外都有广泛的应用，在一定程度上解决了能源短缺问题。开发新的清洁能源能够缓解能源短缺和环境污染等问题，近年来，世界各国大力发展清洁能源，实施可持续发展战略，取得较为显著的成效。在众多可再生能源中，风能的污染性最小，应用成本低，风力发电技术也较为成熟，在新能源发电领域得到了普遍应用。早期风力发电应用规模相对较小，对电网来说基本不会造成不良的影响，现在大规模风电接入，给电网带来许多问题，对这些问题进行分析研究具有很高的理论和实践价值。
一、风力发电的运行特性
1.1风力发电的随机性
随着我国对经济结构以及社会发展的认知，目前中国在不断加进对能源结构的调整，响应节能减排，未来清洁能源的发展必将上一个新的台阶，达成我国对节能减排的需求，并且不断的将清洁能源推送到一个全新的台阶，满足我国资源节约型社会的建设。风电发展在清洁能源中，其占据了不可替代的作用，其既能够节约能源，同时也能够为节能环保带来正面影响，风力发电成为了目前我国发电厂建设中的重点内容。在分析风能的特性时，一定要考虑到风力发电本身具有非常明显的随机性，无论是风向和风速都经常会发生变动，其对风力发电机自身在使用时的使用状态而言有着非常大的影响。
1.2风电场不能向电网系统提供无功功率
在使用风力发电时，其发电厂本身无法向电力电网系统提供无功功率，这是由于风力发电技术发展过程中其发电机组在制作的过程中选择的是单机容量大型化、形式多样化的内容。通过对目前我国市场中常见的风电机组进行分析，可以将其按照风轮桨叶分为定桨距型以及变桨距型。所谓定桨距型是指当风电机组的叶片安装好后，其自身不能在出现任何的变桨，也就是说当其处在一种高风速的状态下，想要调节自身的功率输出，其主要依靠的是叶片的失速，定桨距型其自身的额定风速较高，但是在进行机械动能和电能转换的过程中，其转换的效率则相对较低。风电场接入对电网保护的过程中，需要考虑到其中存在的各种不同风电机组，其中包括了变桨距型风电机组，这是十分常见的一种类型，在使用的过程中能根据其叶片在使用中存在的风速大小区别进行改变，叶片也会根据风速改变转动的速度，确保在整个转动的过程中所有的叶片都能保持在一个最佳的角度，该角度能提高叶片在使用时的使用效果，并且提高风轮在转动过程中的能量转变，确保机械动能与电能的转换效率能得到显著的提升。目前在能量转换的过程中最常采用的就是双馈式异步发电机，这是当前市面上最常见的一种技术，也是大多数的风机厂家所选择使用的。但是在使用双馈感应发电机的发电机组的过程中，应该清楚的认知到该发电机本身并不具备任何一种调节能力，在使用的过程中难以完全满足风电场在汇集时的状态，甚至会出现风电场满发时送出电路的感性无功损耗。为此，在使用变桨距型风电机组时，其存在的最大问题之一就是风电场本身没有办法向电网系统提供无功功率。
二、电力系统中电网保护配备方式
电网配电系统主要采用传统的三段式电流保护方式，即定时限过电流保护、限时电流速断保护和电流速断保护。这三种电流保护方式通用性强，在故障发生后能很够准确切断故障起到很好的保护作用的。在风电发电的过程中，其本身具有一定的特点包括了:间歇、不可控。为此，将风电接入区域电网的时候，如果是大规模的接入一定要考虑到不同地区其电网本身的调峰能力、电压控制能力等不同的特性，其对电网自身的电能质量提出了非常大的挑战，而由于电能质量产生的一系列问题而导致的电场无法正常运行的事例屡见不鲜。在风电场接入电网后，传统的简单电流保护的局限性不能做到精准的切断故障，进而给电网造成安全隐患。
2.1定时限过电流保护
该保护与电流强弱无关，动作时间固定，配备有定时限保护装置，为确保该保护的动作不是随机性的，通过对比相邻保护的动作时间，设定的此保护的动作时间要高于该对比的时限，从面形成了此保护的固定时限，并能很好的起到对电力系统中电网整条线路的保护。
2.2电流速断保护
这是一种十分常见的保护装置，其主要应用在当电网本身发生短路故障的时候，电流会在瞬间超过原装置设置的最大电流即能够触发电网的自动保护动作，切除故障电流速断保护是一种不带任何时间限制的保护，该保护方式不会因为时间而发生任何的改变，不具有时间性。在使用这一种保护装置时，其动作非常的迅速，能够在第一时间内直接将故障切除。但是在使用电流速断保护装置时也存在一个问题，就是其会产生一定的保护死角，无法完整地保护整个电网的所有线路。为此，需要解决这一问题，在电流速断保护中装置中加入一定的时间继电器，其目的是为了保证整个电网在使用时的安全性。
2.3限时电流速断保护
限时电流速断保护装置这一种装置也是目前常见的保护装置之一，其本身就有一定的延时功能。在任何情况下使用限时电流速断保护装置都能够短时间切断电流的故障，并且确保整个电网的线路长度并不会受到任何的影响，其整个电网都是相对安全的，能够提高保护的整体质量，同时也不会影响到其他保护装置在使用时的使用效果。
三、风电场接入地点和障碍位置对电力系统电网继电保护的影响
当风电场接入到电力系统的电网中，一定要考虑到对电力系统电网的继电保护。由于风电网在接入时最开始会有一定的操作设计，其中包括了对电流保护装置的基本规定，但是基本规定所影响的电网系统中范围不一样。为此，在整个电力系统中，电网的继电保护在面对不同的故障时，其所保护的范围也存在着一定的区别。
比如，当风电场接入电网的位置时，其位置在于电网的馈线非末端母线的c段，则可以将线路假定为ABCD四个不同的点。电网继电则分别需要保护(1)(2)(3)如果在c段上发生了部分故障时，那么电网保护一则会在最短的时间内断开故障位置并且提高电网的保护效果，而如果是母线c段的下半部分发生故障，则保护(3)处会对故障进行处理，但是也会存在一个问题，就是故障被不断的扩大化，这种如果故障过于扩大化，很有可能会引起保护(3)和相邻线路有着倾向性，导致线路直接失去联系。为此，一定要了解到在整个保护的过程中，如果发生在下部分并且故障扩大，其很有可能会引发类似的问题，比如说保护(1)和保护(2)也存在着线路相邻而出现倾向性失去联系的问题，甚至还有可能会导致保护(2)的短路电流不断减小，直接降低了线路在保护过程中的灵敏度，如果电流小到一定程度时，会导致电流速断出现了继电保护失灵的现象。
四、风电场接入装机大小对电网的影响
4.1对电力系统继电保护的影响
根据目前我国的风电场接入电网的状态来说，一定要考虑到其接入后装机容量大小是否发生了变化。其中分为两个不同的情况，第一种风电场自身的容量相对较小，那么当风电场出现了故障或者说风电场的运行效果不佳，其很有可能会出现电网自身被造成的影响较小，不会给电网的稳定运行带来负面影响。第二种当风电场自身的容量较大时，则需要考虑到其是否会给电场造成较大的影响，一定要确保在故障没有出现之前对故障进行解决，防止由于故障的存在导致各个不同的部位之间其难以满足电网稳定运行的需求。为此，应该分析其中可能存在哪些问题，并且对问题进行逐一的解决，确保在故障出现之前能对故障进行预判，防止故障出现的频率在一次次的提高，甚至给电力企业发展带来负面影响。
4.2对电网电压稳定性的影响
当风电场接入电力系统时，如果其风电场本身处于大规模的电场则需要考虑到风电场中的无功功率，其无功功率的需求较高，很容易出现电网电压不稳定性的情况，为此一定要考虑到其电压的稳定性，避免由于风电场容量过大，而导致的无功功率控制能力在不断下降。考虑到其影响的过程中一定要明确:第一，风电场是否存在着有功输出，有功输出能促使风电场自身的负荷特性在增大，特别是其中的极限功率，可以达到静态电压稳定这一目的，并且提高风电场的应用效率;第二，大部分的风电场，其自身存在着较为明显的无功需求，而大量的无功需求会导致风电场自身的负荷特性其自身的极限功率在不断地减少，这种情况的出现也直接降低了静态电压的稳定性。应该明确风电场自身的负荷对电网电压所带来的不同影响，提高电网的稳定性。
4.3对电能质量的影响
风能具有很强的不确定性，这使得风力发电具有显著的波动性，对电网的电能质量产生影响，电压闪变和电压波动是最为主要的影响。导致电压闪变的几种主要因素有风电机组的启动、退出、发电机切换、风速的紊流、风机的塔影效应等。另外，风电接入点短路容量、网络阻抗角等因素，对电能质量也会带来极大的影响。
五、风电场保护配置方案
5.1风电场升压变电站保护配置
变压器应配置完整的主保护及后备保护，且后备保护主要作为变压器内部故障及低压侧线路故障的后备保护。升压变电站高压侧母线是否配置母差保护应根据系统稳定要求决定，如稳定要求快速切除母线故障，则按要求配置母差保护，否则可不配。低压侧母线一般不需配置母差保护。应在变压器低压侧断路器配置保护，用于切除低压母线及低压汇流线故障，各条汇流线无须单独配置保护。
5.2风电场送出线路保护配置
对于接入220kV及以上系统的风电场，在送出线路的两侧装设分相电流差动微机保护是比较好的方案，风电场侧后备保护可配置快速Ｉ段，无须配置带时限保护；系统侧后备保护按正常配置。由于差动保护装置中具有差电流选相元件，故障时能够正确选相，因此，风电场送出线路两侧重合闸应使用单相重合闸方式，可有效减少单相故障时线路停运时间。对于Ｔ接多个风电场的风电联络线，应在系统侧配置距离Ｉ段、零序Ｉ段及其它带时限的后备保护；各风电场侧可不配置保护。对于接入220kV以下系统的风电场，其装机容量一般较小，送出线路的风电场侧可不装设保护装置。系统侧保护应配置距离、电流等保护，重合闸采用三相重合闸方式。
3.2 安装动态无功补偿器
动态无功补偿器可以实现对无功功率的连续调整的大小，支撑电网的运行电压，提高电网运行过程的整体性能，避免过大的电压降落。考虑风电场的实际情况，可以在风电场出口母线的低压侧安装动态无功补偿器，对无功补偿量进行调节，达到提高接入点电压稳定性的目的，降低风电接入对电网电压的影响。
3.3 安装储能装置
储能是提高有功功率输出可控性的一种有效手段，可考虑在风电场配置大规模的储能装置，利用风储互补优势，建立风储联合发电系统，使其发电功率输出相对平稳。同时，为了达到风电输出功率的平稳性，可以采用风电与常规能源火电捆绑发电的运营模式。
六、结语
随着近几年风力发电的迅猛发展，风电在电网的占比也越来越大，如何将风电与电网结合使用，提高电网的稳定性也成为了很多电力企业需要思考的问题。风电相比于传统的中国发电方式，比如说火电、核电而言，其电力系统的稳定性相对较差这是由于风力发电受到风速的影响，其本身具有随机性以及不稳定性，而电网电力系统的稳定性对社会中各行各业的发展而言，有着非常巨大的影响，如果电网本身是不稳定的，就会导致在日常的工作中人们出现担惊受怕的状况，甚至会导致我国的其他行业发展速度逐渐变缓。为此，做好继电保护，确保电网在整体运行中的安全性和稳定性同样也是目前在经营管理中十分重要的一部分，风电场接入电网时应考虑到其自身的容量以及对电网安全稳定性的作用，确保风电场接入电网能提高其整体的使用质量，满足我国对于风力发电的需求。
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