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江苏电力系统风电场涉网保护整定技术规范


Q/GDW10
江 苏 省 电 力 公 司 企 业 标 准
Q/GDW10 111-02-001—2013

江苏电力系统 风电场涉网保护整定技术规范
Setting specification for power system protection in Wind Plant of JiangSu Grid

>2012 - 10 - 24 发布

2013 - 06 - 01 实施

江苏省电力公司

发 布

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前言 ................................................................................ II 1 2 3 4 范围 .............................................................................. 3 规范性引用文件 .................................................................... 3 术语和定义 ........................................................................ 3 涉网保护整定交界面 ................................................................ 4 4.1 继电保护整定范围划分的原则及要求 .............................................. 4 4.2 整定交界面的整定配合原则 ...................................................... 4 5 频率电压紧急控制装置 .............................................................. 4 5.1 频率异常保护 .................................................................. 5.1.1 低频保护定值 .............................................................. 5.1.2 过频保护定值 .............................................................. 5.2 电压异常保护 .................................................................. 5.2.1 低电压保护定值 ............................................................ 5.2.2 过电压保护定值 ............................................................ 6 7 5 5 5 5 6 6

主控制器参数配置 .................................................................. 6 管理要求 .......................................................................... 6

编制说明 ............................................................................. 8

I

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风力发电是目前技术较成熟、有广阔发展前景的可再生能源发电技术,随着风电产业的高速发展, 江苏省风电已具相当规模, 风电的高速发展给江苏电网的安全稳定运行带来了挑战。 许多风电场涉网保 护定值主要从保护风电场设备的角度进行保护配置, 频率保护定值也仅依靠厂家进行自由设定, 这种保 护方案不符合国家电网颁布的 《风电场接入电网技术规定》 的要求。 为保证风电的稳定接入、 电网电压、 频率的质量及运行的经济性, 降低系统运行风险, 在江苏电网内开展风电场涉网保护整定值技术的研究 及应用尤为必要,特制定电力系统风电场涉网保护整定技术规范以指导这一工作的开展。 本规范由江苏省电力公司提出、归口并解释。 本规范起草单位:江苏方天电力技术有限公司。 本规范参加起草单位: 江苏省电力调度控制中心。 本标准主要起草人:蒋一泉、杨宏宇、向昌明、徐钢、徐宁、徐贤、曹海欧 本标准首次发布。

II

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江苏电力系统风电场涉网保护整定技术规范
1 范围 本规范提出了江苏电力系统风电机组涉网保护的整定技术要求。 风电场内风电机组涉网保护装置包括: 风电场安装的频率/电压紧急控制装置, 风电机组主控制器。 本规范主要是规定上述两种装置的保护定值或参数整定要求。 本规范适用于江苏电力公司经营区域内已建、新建或改扩建风电场。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定 GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率偏差 GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压不平衡 DL/T 755-2001 电力系统安全稳定导则 DL/T 684-1999 大型发电机变压器整定计算导则 DL/T 1040-2007 电网运行准则 SD 325-1989 电力系统电压和无功技术导则 Q/GDW 392-2009 风电场接入电网技术规定 江苏电调〔2012〕231号 江苏电网省调继电保护及安全自动装置整定交界面运行管理规定(试行) 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 风电机组 wind turbine generator system; WTGS 将风的动能转换为电能的系统。 3.2 风电场 wind farm;wind power plant; 由一批风电机组或风电机组群(包括机组单元变压器)、汇集线路、主升压变压器及其他设备组成 的发电站。 3.3 风电场并网点 point of connection of wind farm 风电场升压站高压侧母线或节点。 3.4 风电机组低电压穿越 low voltage ride through of wind turbines

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Q/GDW10 111-02-001—2013 当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时, 在一定的电压跌落范围内, 风电机组能够保证 不脱网连续运行。 3.5 风电机组运行状态 operation status of wind turbines 运行状态,指风电机组并网发电的状态。 3.6 风电机组待机状态 ready status of wind turbines 指一旦风速、风向等气象条件适宜,风电机组即可并网发电的状态。 3.7 风电机组停机状态 stop status of wind turbines 指风电机组需调度人员、现场运行人员操作或自动化系统指令,才能并网发电的状态,且风电机组 未布置安全措施的状态。 3.8 风电机组检修状态 maintenance status of wind turbines 指风电机组出口开关处于分闸位置(或有其他明显电气断开点),且风电机组已布置安全措施的状 态。 4 涉网保护整定交界面 4.1 继电保护整定范围划分的原则及要求 4.1.1 电网、风电场的继电保护整定范围与对应的调度管辖范围一致,具体调度管辖划分见《江苏电 力系统调度规程》。 4.1.2 省(市)调度机构负责管辖范围内线路和母线保护的整定,负责下达接入系统的主变压器后备 保护的限额,负责确定主变压器中性点接地方式。 4.1.3 风电场负责场内电气设备的继电保护整定,并执行调度下发的限额。风电场自行整定的线路、 变压器保护及运行方式并满足省调限额要求;如有特殊需求,应向调度协商。 4.1.4 省(市)调度机构与风电场之间应根据一次系统的变化及时交换管辖分界点间的一次设备实测 参数、等值参数和整定限额及整定单。 4.2 整定交界面的整定配合原则 4.2.1 对接入系统的风电场,其主变压器保护由风电场自行整定,但应与系统线路保护相配合,执行 《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》 (修订版)有关要求。对与系统线路保护相配合的有关保 护,风电场应在并网前,提供有效的设备参数和继电保护配置。 4.2.2 当电网结构、线路参数和短路电流水平发生变化时,应及时校核频率电压等涉网保护的配置与 整定,避免发生不正确动作行为。 4.2.3 风电场主变压器配置的后备保护 (距离保护、过流保护、复合电压闭锁过流保护、零序保护等) 应与系统出线的后备保护取得逐级配合。 4.2.4 风电场应按规定进行继电保护整定计算,并校核与系统保护的配合关系;应确保场内用电的可 靠性,加强场内系统的继电保护计算与管理,防止因场内系统保护不正确动作,扩大事故范围。 5 频率电压紧急控制装置
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Q/GDW10 111-02-001—2013 5.1 频率异常保护 风电场频率电压紧急控制装置整定的允许频率偏移值及时间应与系统低频减载的整定值相配合。 应 保证系统频率动态特性的低频持续时间不小于于表1所规定的每次允许时间,并有一定裕度。同时风电 机组的主控制器涉网频率参数也必须满足表1的要求。 低频保护应能记录并指示累计的频率异常运行时间,每个频率分别进行累计。按DL/T 684-1999的 规定, 当频率异常保护需要动作于风电场解列时, 其低频段的动作频率和延时应注意与电力系统的低频 减负荷装置进行协调。一般情况下,应通过低频减负荷装置减负荷,使系统频率及时恢复,以保证风电 机组的安全; 仅在低频减负荷装置动作后频率仍未恢复, 从而危及风电机组安全时才进行风电场的解列。 因此,要求在电力系统减负荷过程中频率异常保护不应解列风电场,防止出现频率连锁恶化的情况。 表A.1 风电场在不同电网频率偏差范围下的允许运行时间 电网频率范围 低于 48Hz 48Hz~49.5Hz 49.5Hz~50.2Hz 高于 50.2Hz 要 求

根据风电场内风电机组允许运行的最低频率而定。 每次频率低于 49.5Hz 时要求风电场具有至少运行 30min 的能力。 (含 48Hz) 连续运行。 (含边界值) 每次频率高于 50.2Hz 时,要求风电场具有至少运行 5min 的能力,并执行电 网调度机构下达的高周切机策略,不允许停机状态的风电机组并网。

风电场一般应配置有低频保护和过频保护功能。 5.1.1 低频保护定值 风电场低频保护定值应与电网的低频减负荷装置进行协调, 当低频率保护解列风电机组的动作定值 低于48Hz时,动作时限原则上不低于0.5s,具体应根据风电场内风电机组允许运行的最低频率的延时。 动作定值在48Hz与49.5Hz之间时(含48Hz)动作时限不低于30min。 5.1.2 过频保护定值 过频率保护应与系统侧高频率切机装置配合, 同时还应满足机组允许高频运行的技术条件 (即与风 电机组控制器参数相配合) 。 该保护宜动作于信号, 必要时动作于风电机组解列。 过频率定值高于50.2Hz 时启动,动作时限不应低于5min。 5.2 电压异常保护 当风电场并网点的电压偏差在其额定电压的-10%~+10%之间时,风电场内的风电机组应能正常 运行; 当风电场并网点电压偏差超过±10%时, 风电场的运行状态由风电场所选用风电机组的性能确定。 同时低电压保护应能满足风电场低电压穿越要求,如图1

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1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -1

电网故障引起电压跌落

并网点电压(pu)

要求风电机组 不脱网连续运行 风电机组可以从电网切出

0

0.625 1 时间 (s)

2

3

4

风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至 20%额定电压时能够保证不脱网连续运行 625ms 的能力; 2) 风电场并网点电压在发生跌落后 2s 内能够恢复到额定电压的 90%时, 风电场内的风电机 组能够保证不脱网连续运行。 风电场一般应配置有低电压保护和过电压保护功能。
1)

5.2.1 低电压保护定值 低电压保护启动值应低于0.9倍额定电压,低电压动作值推荐采用0.85倍额定电压。当低电压保护 动作值低于0.2倍额定电压时,动作时限为0s;当低电压保护动作值在0.2~0.9倍额定电压之间时,动 作时限应高于2s。 无功补偿装置的低电压保护定值应能在电容器所接母线失压后可靠动作, 而在母线电压恢复正常后 可靠返回,一般整定为0.3~0.6倍额定电压。保护的动作时间与本侧出线后备保护时间配合。即在0.3 倍额定电压时,延时不小于0.83s;在0.6倍额定电压时,延时不小于1.42s。 5.2.2 过电压保护定值 过电压保护启动值应高于1.1倍额定电压; 动作定值应参造风电机组运行参数的需求, 推荐采用1.12 倍额定电压;动作时限应不小于1min。 无功补偿装置的过电压保护定值应满足规程的要求能够持续并网。推荐动作值采用1.15倍额定电 压,延时不小于1min。 6 主控制器参数配置 鉴于目前已经运行的风电机组型号各异, 主控制器参数设置和整定范围各不相同, 原则上主控制器 参数中频率、 电压的相关参数的整定必须与上述频率电压紧急控制装置的相关保护定值相配合, 各风电 场应综合考虑风电机组设备的安全进行整定。 7 管理要求 (1)风电场涉网保护定值应经过风电场相关审核流程批准,并经盖章确认后在风电机组并网之前 五个工作日上报电网调度机构备案。 (2) 风电场应定期检查涉网保护装置的整定值和压板状态, 装置整定值应与有效定值单内容一致, 压板投退应符合相关运行要求。
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Q/GDW10 111-02-001—2013 (3)风电场应定期对所辖设备的整定值进行全面复算与校核,若由于风电机组设备性能的原因造 成涉网保护定值不能与电网相应保护定值配合的,应制定整改方案,及时进行必要的整改。整改完成前 需出具相应的情况说明,并报电网调度机构备案。 (4)发生故障后,风电场应及时记录相关保护动作情况,收集、整理、保存相关资料,积极配合 调查。 (5)风电场应加强机组和安全自动装置的涉网保护定值的档案管理,建立完善相应的台账资料。

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江苏电力系统 风电场涉网保护整定技术规范



制 说 明

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目次
一、任务来源 ........................................................................ 10 二、主要工作过程 .................................................................... 10 三、编制原则及主要内容 .............................................................. 11 四、与其他标准的关系 ................................................................ 11 五、标准结构和内容 .................................................................. 11 六、标准有关条款的说明 .............................................................. 11

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Q/GDW10 111-02-001—2013 风力发电是 21 世纪重要的绿色能源,也是化石能源的重要替代能源之一。加快发展风力发电,是 世界许多国家解决能源可持续利用的重要举措。 据预测, 世界风电总装机容量在 2010 年将超过 140GW。 最近十年,随着风电产业的跨越式发展,江苏省风电已具相当规模。截至 2012 年 6 月份,江苏省 风电总装机容量达到 1764MW,约占江苏电网总容量的 3.1%。按照十二五规划,到 2020 年,江苏省并 网风电容量将达到 10000MW,约占江苏电网总容量的 10%;远期并网风电容量为 21000MW,约占江 苏电网总容量的 20%。 风电场的大规模建设,给电网规划和运行都带来了挑战。近年来,西北、华北电网已经连续发生几 次大规模风电机组脱网事故。这些事故暴露了当前风电场在建设、运行、维护等方面存在的问题,就是 部分发电公司在风电投资中存在着“重建设,轻运行”的思想。这给电网安全运行带来了隐患,引起了 国家相关部门的高度重视。为加强对风电运行的监督和管理,国家能源局下发“国能新能[2010]433 号 国家能源局关于印发风电机组检测管理暂行办法的通知” 、国家电力监管委员会办公厅下发“办安全 [2011]26 号关于切实加强风电场安全监督管理遏制大规模风电机组脱网事故的通知” ,国家电力公司下 发“国家电网调[2011]974 号关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知” 。 一、任务来源 在江苏省,大型风电场的开发及并网运行多具有以下特点:风能的变化有随机性;大多风电场距离 电力主系统和负荷中心较远, 所以一般风电场与薄弱的地方电力系统相联; 风电场运行时向电网送有功 功率的同时还要吸收无功功率; 原有的地方电力系统的线路按常规设计建设, 缺乏电压控制设备和措施 等;大规模风电接入将对电网电压水平、 短路电流水平、 电能质量、 稳定性、 调度运行等带来很大影响。 为贯彻落实“国家电网调[2011]974号关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知”的精神,根 据江苏电力公司委托, 江苏方天电力技术有限公司开展了 《江苏电力系统风电场涉网保护整定技术规范》 编制工作,成立了标准编写小组,参照国外多个有关风电场接入电力系统的技术标准、规范和导则,并 根据国内电力行业的现有国家和行业标准, 在已有工作基础上积极开展收集资料和调查论证等工作, 并 结合大量的实际系统调研数据及仿真计算工作, 确定了各技术规定要求的指标, 在2012年10月底完成了 标准编写工作, 形成了企业标准 《江苏电力系统风电场涉网保护整定技术规范》 草稿, 提出了对通过110kV 及以上电压等级线路与江苏电网连接的新建或扩建风电场的涉网保护定值整定技术规范。 二、主要工作过程 1. 2012年1月至2月,确立编研工作总体目标,构建组织机构,确定参编单位及其人员,开展课题 前期研究工作。 2. 2012年3月至4月,在分析国内电力行业的现有国家和行业标准的基础上,编制了标准的草案稿, 确定了标准框架和初步内容。 3. 2012年5月至6月,对标准框架中的内容进行详细的研究,并结合江苏电网涉网定值状况进行分 析。 4. 2012年7月至8月,通过标准内容的分析研究,结合我国其他的相关标准中的要求,编制了标准 的征求意见稿。 5. 2012年9月,在江苏省范围内就标准征求意见稿广泛征集供电公司、风电机组生产厂商、风电开 发商以及相关专家的意见,形成了标准的送审稿。 6. 2012年10月底,组织相关专家对标准的送审稿进行了深入的讨论和审查,并进行了修订,形成 了标准的报批稿。 7. 2012年11月,报批稿报送江苏省电力公司进行审批。
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Q/GDW10 111-02-001—2013 三、编制原则及主要内容 标准编制的原则是遵守现有相关法律、条例、标准和导则等,兼顾电网运行和风电发展的要求。 标准主要对风电的频率电压保护、主控器参数配置做了详细规定,对风电场涉网保护定值的投用、 变更等管理工作做了规范。 本规范的出发点和基本原则是保障电网及风电场的安全、 稳定和优质运行, 同时尽量使条文具有一 定的可操作性,便于理解、引用和实施。 四、与其他标准的关系 本研究参考了国内的风电场接入电力系统的有关技术规定、 标准或相关研究报告, 及我国目前颁布 的风电管理的相关要求和反事故措施通知, 结合电网风电发展与电网运行的实际情况, 制定出合适的涉 网保护定值技术要求,提出风电场的继电保护管理的技术指标,明确风电开发商承担的责任和义务,以 适应我国今后大规模风电建设和运行的实际需要,确保风电接入后电网的安全稳定运行。 另外, 本规范参考的国内相关标准有GB/T 19963-2011 《风电场接入电力系统技术规定》 、 GB/T 15945 —2008《电能质量 电力系统频率偏差》、GB/T 15543—2008《电能质量 三相电压不平衡》、DL 755 —2001《电力系统安全稳定导则》、DL 684-1999《大型发电机变压器整定计算导则》、DL/T 1040— 2007《电网运行准则》、SD 325—1989《电力系统电压和无功技术导则》、Q/GDW 392-2009《风电场 接入电网技术规定》 、 安监一 〔2011〕 65号 “关于加强并网风电场运行安全管理的通知” 、 苏电调 〔2011〕 1372号“关于实施风电并网运行反事故措施的通知”和苏电调〔2012〕231号“关于印发《江苏电网省 调继电保护及安全自动装置整定交界面运行管理规定(试行)》的通知”。 鉴于风电的发展速度和前景, 加强风电涉网保护定值的管理十分必要, 它是保证电力系统安全运行 的重要条件之一, 同时减少风电场运行可能对电力系统和电力用户带来的不良影响。 虽然不同的风电技 术标准不完全相同,但都强调风电场必须具备一定的有功控制、无功/电压控制功能、低电压穿越能力 及对风电场承受系统电压和频率发生偏差的能力作出了明确的规定, 要求风电场提供模型信息、 运行参 数和性能测试报告。 对风电场接入电力系统的具体技术要求较难作出统一而严格的规定, 根据具体情况 和研究结果,可以对风电场的参数和性能要求进行适当的修改。 五、标准结构和内容 本规范依据GB/T 1.1—2000《标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写规则》和DL/T 600—2001 《电力行业标准编写基本规定》的编写要求进行标准编制。标准的主要结构和内容如下: 1. 目次; 2. 前言; 3. 标准正文,共设7章:范围、规范性引用文件、术语和定义、涉网保护整定交界面、频率电压紧 急控制装置、主控制器参数配置、管理要求。 六、标准有关条款的说明 本规范编制内容主要考虑了以下几方面的要求: 涉网保护整定交界面 风电场运行频率 风电场运行电压与电压控制
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Q/GDW10 111-02-001—2013 风电场低电压穿越 风电组的主控制器参数 风电场涉网保护定值管理 现对技术标准中下列几个条文进行具体分析和说明: 1. 第4.1条 继电保护整定范围划分的原则及要求 依据《江苏电力系统调度规程》,对省(市)调度机构和风电场分别负责的继电保护整定范围做了 明确说明和要求。 2. 第4.2条 整定交界面的整定配合原则 明确规定了风电场的主变压器后备保护与系统保护的配合要求; 规定了风电场自行整定的继电保护 要求。 3. 第5.1条 频率异常保护 参照DL/T-1999的规定,电网对其他接入电网中电源频率都做了明确规定,要求电源的低频保护应 与电网的低频减负荷装置进行协调。 风电场在不同电网频率偏差范围下的允许运行时间符合国家相关规 程的要求。还有一种特殊情况是,出现事故时,如果风电场的并网运行危及电网安全稳定,需要电网调 度部门暂时将风电场解列。 4. 第5.2条 电压异常保护 风电场在电网正常运行时也必须对电网电压稳定性做出贡献。 风电场为电网提供无功尤其重要。 所 以并网风机必须具备低电压穿越能力。 低电压穿越能力(LVRT:Low Voltage Ride Through):电网故障引起电压跌落,风电场在电网发 生故障时及故障后,保持不脱网连续并网运行的能力通常称为风电场的低电压穿越能力。理想情况下, 除不切机外,低电压穿越还包括风电机组向电网发送无功、在电压降落情况下帮助恢复电压的能力。 能够穿越低电压事件(或故障)的风电场将产生故障电流,并且在故障后快速恢复到正常运行时可 能出力的状态。它能为系统提供一些关键的支持:(1)提供故障电流有利于故障清除;(2)在故障期 间提供无功和有功有利于维持系统电压;(3)提供有功和无功有利于系统从故障中恢复;(4)提供控 制功能(电压控制/频率反应)有利于系统恢复正常运行状态;(5)风电机组无振荡,能够保持稳定并 且适当衰减有利于系统稳定恢复。 由于低电压穿越对地区和整个电网的安全稳定都很必要, 因此, 低电压穿越已经成为电网调度部门 主要关心的问题之一。低电压穿越曲线包括瞬时电压跌落,最低电压水平持续时间以及电压恢复直线。 低电压穿越曲线的要求应该结合电网中风电场并网研究的实际分析来确定。 结合中国电网和风电规划, 风电场需具有的低电压穿越能力的关键点是: 要求风电场最低电压穿越 的持续时间为0.625s,风电场最低穿越电压为0.2pu。其中0.625s为后备保护时间(0.5s)加上保护启 动延时时间(约为0.125s)。风电场最低穿越电压取为0.2pu主要是考虑了当风电场附近线路发生短路 故障时,风电场并网点的电压大都降低到0.2pu左右。 制定风场的低电压启动值0.9pu, 当低于0.2pu时, 动作时限0s。 这个规定和低电压穿越要求相配合。 SD325-89 《电力系统电压和无功电力技术导则》 4.2.4规定了发电厂220kV母线正常运行时为相应系 统额定电压的0~+10%; 事故后为相应系统额定电压的-5%~+10%。 4.2.5规定了发电厂110kV母线正常运 行时为相应系统额定电压的-3%~+7%; 事故后为相应系统额定电压的±10%。 过电压启动值高于1.1倍额 定电压考虑到电压运行和风电的实际,而制定。 5. 第6条 主控器参数配置 鉴于现运行风机组型号各异,主控制器参数设置各不相同,为保证风电的运行安全,每台风机的主 控制器参数中频率、电压的相关参数整定必须满足电网频率电压保护的要求。 6. 第7条 管理要求

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Q/GDW10 111-02-001—2013 目前,风电场都建在偏僻地区,是按照少人值班的变电站设计建造的,技术力量薄弱、继电保护管 理工作急需加强。为此,在风电场涉网保护定值的使用、审核流程、变更和故障信息的收集、定值的档 案管理工作、人员配置方面做出明确规定,确保风电场的涉网保护管理工作到位。

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