弧光保護(hù)在新能源發(fā)電中的有那些應(yīng)用？

【專家解說(shuō)】：近年來(lái)新能源發(fā)電水平不斷提升，而大規(guī)模發(fā)電使電力系統(tǒng)的負(fù)荷不斷增加，而新能源的獨(dú)特性質(zhì)導(dǎo)致傳統(tǒng)繼電保護(hù)無(wú)法完全發(fā)揮作用。本文詳細(xì)介紹了新型弧光保護(hù)系統(tǒng)，并且分析了常用的BS622弧光保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際使用功能，尤其是系統(tǒng)在變流設(shè)備與發(fā)電母線中的應(yīng)用情況?；」獗Ｗo(hù)系統(tǒng)可以檢測(cè)弧光與電流突變的故障信號(hào)對(duì)變流與母線的保護(hù)作用，降低了傳統(tǒng)保護(hù)導(dǎo)致的諧波干擾、時(shí)間慢等問(wèn)題，是新能源發(fā)電的重要保護(hù)方式。
　　【關(guān)鍵詞】弧光保護(hù);新能源發(fā)電;母線保護(hù)
　　全國(guó)能源儲(chǔ)量不斷下降，而不可再生能源帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也在逐漸加劇，這種情況導(dǎo)致人類必須加強(qiáng)可再生能源的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。發(fā)達(dá)國(guó)家早將新能源技術(shù)納入能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)項(xiàng)目中，而我國(guó)在大型電網(wǎng)的支持下，勢(shì)必深入發(fā)展新能源發(fā)電。新能源發(fā)電種類繁多，太陽(yáng)能、風(fēng)力、燃料電池、生物質(zhì)等發(fā)電模式，都屬于新能源發(fā)電，而不同種類的發(fā)電類型，完全由機(jī)組導(dǎo)入直流網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)入交流系統(tǒng)后，會(huì)改變現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)故障后，繼電保護(hù)行為也會(huì)受到影響，而傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，只能對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，但是直流與變流的保護(hù)仍然存在不足，為電力系統(tǒng)運(yùn)行留下了安全隱患。在使用BS622弧光保護(hù)系統(tǒng)后，系統(tǒng)一旦發(fā)生弧光故障，操作人員可以快速處理，降低故障損失，為后期維護(hù)與回復(fù)供電提供幫助。
　　一、新能源發(fā)電系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能發(fā)電是國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的新能源發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)半導(dǎo)體將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)電網(wǎng)與系統(tǒng)的關(guān)系，可以劃分為獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)與并網(wǎng)系統(tǒng)。獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)要求較低，所以在偏遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用較為普及。并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)要求較高，太陽(yáng)能系統(tǒng)可以代替正常電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)功率提升與功率饋送。太陽(yáng)能電池可以連接負(fù)載，在其中不添加儲(chǔ)能設(shè)備，這種系統(tǒng)稱為直接耦合系統(tǒng)，但是在陰天與夜晚該系統(tǒng)無(wú)法提供能量，所以還需添加蓄電池，太陽(yáng)能并網(wǎng)系統(tǒng)使用儲(chǔ)能裝置、電子變流器、系統(tǒng)控制器組成。風(fēng)力發(fā)電包含兩大類型：可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行、無(wú)需接網(wǎng)的離網(wǎng)型設(shè)備，需要接入電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)型設(shè)備。離網(wǎng)型裝置發(fā)電規(guī)模小，主要在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用，搭配上發(fā)電技術(shù)與蓄電池可以解決部分地區(qū)供電問(wèn)題。并網(wǎng)型設(shè)備負(fù)責(zé)大規(guī)模發(fā)電，電網(wǎng)覆蓋范圍較廣，總發(fā)電量可達(dá)幾兆瓦甚至幾百兆瓦，一般的大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，發(fā)電設(shè)備都能達(dá)到幾十甚至上千臺(tái)發(fā)電機(jī)組。并網(wǎng)型設(shè)備可以獲得大電網(wǎng)補(bǔ)償與支撐，使風(fēng)力資源得到充分的開(kāi)發(fā)，也是國(guó)際上最重要的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展方向。
　　二、弧光保護(hù)系統(tǒng)
　　目前我國(guó)的弧光保護(hù)系統(tǒng)種類繁多，而成都比善科技研發(fā)的BS622弧光保護(hù)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)使用較為廣泛的系統(tǒng)。該保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)紫外傳感器采集弧光信號(hào)，并且通過(guò)FPGA處理光電與電流信號(hào)，在經(jīng)過(guò)濾波、傳輸、編碼后，通過(guò)高速浮點(diǎn)DSP對(duì)弧光與電流進(jìn)行判別，通過(guò)雙判據(jù)可以加快保護(hù)動(dòng)作，而且保護(hù)可靠性要高于傳統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備，可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)關(guān)于母線保護(hù)的空白。BS622弧光保護(hù)系統(tǒng)使用快速繼電器作為跳閘回路，系統(tǒng)可以檢測(cè)小于2ms的出口跳閘時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間要遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置，可以控制開(kāi)關(guān)柜弧光故障切除時(shí)間維持在10ms內(nèi)，BS622弧光保護(hù)系統(tǒng)包括主控、弧光、電流、傳感器等多個(gè)單元組成。
　　三、變流設(shè)備的弧光保護(hù)應(yīng)用
　　新能源發(fā)電使用大功率電子元件作為變流設(shè)備，調(diào)整直流逆變符合并網(wǎng)要求。電子器件在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)變換頻繁，所以電量信號(hào)會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜波形，形態(tài)的穩(wěn)定性較差。在安裝BS622弧光保護(hù)系統(tǒng)后，可以單純檢測(cè)胡光信號(hào)，如果大功率元件因故障問(wèn)題導(dǎo)致?lián)p壞，可以通過(guò)裝置直接切斷電源，電弧燃燒后就可以立刻切除故障，故障處理速度有著很大的提升，也可以恢復(fù)供電，降低發(fā)電損失。
　在使用變流設(shè)備保護(hù)時(shí)，弧光保護(hù)使用光判據(jù)，在開(kāi)關(guān)器件、儲(chǔ)能電容、濾波電感設(shè)備上安裝弧光探頭，一旦設(shè)備損壞發(fā)生閃弧問(wèn)題，可以通過(guò)弧光保護(hù)檢測(cè)湖光信息，將跳閘信號(hào)維持在2ms內(nèi)，切斷直流電源，避免因設(shè)備損壞導(dǎo)致的其他設(shè)備事故，降低事故發(fā)生范圍。
　　四、發(fā)電母線的弧光保護(hù)應(yīng)用
　　新能源發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電的最大差別就是穩(wěn)定性，太陽(yáng)能根據(jù)光照時(shí)間決定變化情況，風(fēng)能根據(jù)氣壓與天氣因素決定變化情況，而風(fēng)速則是隨時(shí)變化的一種能源。這種特性決定了新能源發(fā)電系統(tǒng)的潮流變化，甚至在發(fā)電過(guò)程中，可能出現(xiàn)方向的變化，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備就可以在變化較大的環(huán)境中進(jìn)行發(fā)電。并入新能源的原有發(fā)電系統(tǒng)提高了母線保護(hù)難度，不穩(wěn)定的電壓與潮流變化導(dǎo)致電量采集更加困難。采取弧光保護(hù)，可以將非電量的指標(biāo)作為主判據(jù)，而電流突變量則成為輔助判據(jù)，這些因素并不會(huì)受到太陽(yáng)能與機(jī)械能的影響?；」獗Ｗo(hù)的母線應(yīng)用結(jié)構(gòu)。
　　在保護(hù)階段，弧光保護(hù)通過(guò)雙判據(jù)采集進(jìn)線處電流，在母線出現(xiàn)故障、損壞后，可以在10ms內(nèi)切斷輸入電源，保證不會(huì)因?yàn)殚W弧問(wèn)題燒毀母線，電源系統(tǒng)的安全性也有很大提升。
　　五、結(jié)語(yǔ)
　　新能源發(fā)電技術(shù)不斷成熟，其總體發(fā)電比例也在不斷增加。新能源機(jī)組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組截然不同的特性，導(dǎo)致弧光保護(hù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響逐漸增加，而傳統(tǒng)繼電保護(hù)無(wú)法滿足新型電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展需求，弧光保護(hù)以其眾多的保護(hù)優(yōu)勢(shì)，逐漸在新型電網(wǎng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用?；」獗Ｗo(hù)可以加快保護(hù)速度，在實(shí)際發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)使用弧光保護(hù)系統(tǒng)后，電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性均有極大提升，母線運(yùn)行更加安全，非常適合在新能源發(fā)電中進(jìn)行應(yīng)用。