分析弧光保护在新能源发电中的应用

【摘要】近年来新能源发电水平不断提升，而大规模发电使电力系统的负荷不断增加，而新能源的独特性质导致传统继电保护无法完全发挥作用。本文详细介绍了新型弧光保护系统，并且分析了常用的BS622弧光保护系统的实际使用功能，尤其是系统在变流设备与发电母线中的应用情况。弧光保护系统可以检测弧光与电流突变的故障信号对变流与母线的保护作用，降低了传统保护导致的谐波干扰、时间慢等问题，是新能源发电的重要保护方式。 
　　【关键词】弧光保护;新能源发电;母线保护 
　　全国能源储量不断下降，而不可再生能源带来的环境问题也在逐渐加剧，这种情况导致人类必须加强可再生能源的开发，实现可持续发展战略目标。发达国家早将新能源技术纳入能源结构调整的重点项目中，而我国在大型电网的支持下，势必深入发展新能源发电。新能源发电种类繁多，太阳能、风力、燃料电池、生物质等发电模式，都属于新能源发电，而不同种类的发电类型，完全由机组导入直流网络，在进入交流系统后，会改变现有的电网结构。系统故障后，继电保护行为也会受到影响，而传统的继电保护装置，只能对交流系统进行保护，但是直流与变流的保护仍然存在不足，为电力系统运行留下了安全隐患。在使用BS622弧光保护系统后，系统一旦发生弧光故障，操作人员可以快速处理，降低故障损失，为后期维护与回复供电提供帮助。 
　　一、新能源发电系统 
　　太阳能发电是国内常见的新能源发电系统，通过半导体将太阳光转化为电能，根据电网与系统的关系，可以划分为独立电网系统与并网系统。独立电网系统对电网要求较低，所以在偏远地区的应用较为普及。并网系统对电网要求较高，太阳能系统可以代替正常电网，实现功率提升与功率馈送。太阳能电池可以连接负载，在其中不添加储能设备，这种系统称为直接耦合系统，但是在阴天与夜晚该系统无法提供能量，所以还需添加蓄电池，太阳能并网系统使用储能装置、电子变流器、系统控制器组成。风力发电包含两大类型：可以实现独立运行、无需接网的离网型设备，需要接入电网系统的并网型设备。离网型装置发电规模小，主要在偏远地区使用，搭配上发电技术与蓄电池可以解决部分地区供电问题。并网型设备负责大规模发电，电网覆盖范围较广，总发电量可达几兆瓦甚至几百兆瓦，一般的大规模风力发电场，发电设备都能达到几十甚至上千台发电机组。并网型设备可以获得大电网补偿与支撑，使风力资源得到充分的开发，也是国际上最重要的风力发电发展方向。 
　　二、弧光保护系统 
　　目前我国的弧光保护系统种类繁多，而成都比善科技研发的BS622弧光保护系统是国内使用较为广泛的系统。该保护系统通过紫外传感器采集弧光信号，并且通过FPGA处理光电与电流信号，在经过滤波、传输、编码后，通过高速浮点DSP对弧光与电流进行判别，通过双判据可以加快保护动作，而且保护可靠性要高于传统继电保护设备，可以填补国内关于母线保护的空白。BS622弧光保护系统使用快速继电器作为跳闸回路，系统可以检测小于2ms的出口跳闸时间，反应时间要远超过传统继电保护装置，可以控制开关柜弧光故障切除时间维持在10ms内，BS622弧光保护系统包括主控、弧光、电流、传感器等多个单元组成。
　　三、变流设备的弧光保护应用 
　　新能源发电使用大功率电子元件作为变流设备，调整直流逆变符合并网要求。电子器件在开关状态时，状态变换频繁，所以电量信号会出现复杂波形，形态的稳定性较差。在安装BS622弧光保护系统后，可以单纯检测胡光信号，如果大功率元件因故障问题导致损坏，可以通过装置直接切断电源，电弧燃烧后就可以立刻切除故障，故障处理速度有着很大的提升，也可以恢复供电，降低发电损失。
　在使用变流设备保护时，弧光保护使用光判据，在开关器件、储能电容、滤波电感设备上安装弧光探头，一旦设备损坏发生闪弧问题，可以通过弧光保护检测湖光信息，将跳闸信号维持在2ms内，切断直流电源，避免因设备损坏导致的其他设备事故，降低事故发生范围。 
　　四、发电母线的弧光保护应用 
　　新能源发电与传统发电的最大差别就是稳定性，太阳能根据光照时间决定变化情况，风能根据气压与天气因素决定变化情况，而风速则是随时变化的一种能源。这种特性决定了新能源发电系统的潮流变化，甚至在发电过程中，可能出现方向的变化，风力发电设备就可以在变化较大的环境中进行发电。并入新能源的原有发电系统提高了母线保护难度，不稳定的电压与潮流变化导致电量采集更加困难。采取弧光保护，可以将非电量的指标作为主判据，而电流突变量则成为辅助判据，这些因素并不会受到太阳能与机械能的影响。弧光保护的母线应用结构。
　　在保护阶段，弧光保护通过双判据采集进线处电流，在母线出现故障、损坏后，可以在10ms内切断输入电源，保证不会因为闪弧问题烧毁母线，电源系统的安全性也有很大提升。 
　　五、结语 
　　新能源发电技术不断成熟，其总体发电比例也在不断增加。新能源机组与传统发电机组截然不同的特性，导致弧光保护对电力系统运行的影响逐渐增加，而传统继电保护无法满足新型电网系统的发展需求，弧光保护以其众多的保护优势，逐渐在新型电网系统中得到应用。弧光保护可以加快保护速度，在实际发电系统的应用过程中，可以发现使用弧光保护系统后，电网系统稳定性与可靠性均有极大提升，母线运行更加安全，非常适合在新能源发电中进行应用。 
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