Бурный рост числа электростанций с возобновляемыми источниками электроэнергии (ВИЭ) высветил ряд проблем, связанных с проектированием и построением систем защит для таких энергообъектов. В современных типах ветряных электрических станций (ВЭС) и фотоэлектрических станций (ФЭС) подключение к питающей сети осуществляется с помощью инверторных полупроводниковых преобразователей.
Автор: Ефремов В. А. ООО «Релематика», ЧувГУ им. И. Н. Ульянова, г. Чебоксары.
Инверторные преобразователи ВИЭ, в отличие от традиционных источников, не только резко ограничивают ток короткого замыкания (КЗ), но и изменяют модель сети и, как следствие, принципы выполнения релейной защиты и автоматики (РЗА). Применение классических функций РЗА энергообъектов, использующих для принятия решений величины текущих параметров режима и, главное, строящихся на постулате защиты сети с эквивалентными источниками электродвижущей силы (эдс), на энергообъектах с ВЭС/СЭС практически неприменимы, поскольку это может приводить как к снижению чувствительности, так и к полному отказу в срабатывании.
Как известно, инверторные преобразователи по сути являются источниками тока, но, в отличие от понятий теоретической электротехники, их ток имеет некоторую зависимость от величины приложенного внешнего напряжения сети. Поэтому в таких сетях может наблюдаться ситуация уменьшения тока КЗ в поврежденных фазах. Таким образом, получается, что все применяемые типы классических защит, реагирующие на фазные токи, токи симметричных или аварийных составляющих, не могут быть использованы на объектах ВЭС/СЭС с инверторными преобразователями.
Далее на примере направленной высокочастотной защиты (НВЧЗ) рассмотрим, как обеспечить по требованиям ПУЭ абсолютную селективность на ЛЭП в ВИЭ.
Применение защит с абсолютной селективностью ЛЭП в классическом варианте зависит от вида связи между полукомплектами защиты. При наличии ВЧ-связи между питающими подстанциями и подстанцией с ВИЭ обычно стараются применить НВЧЗ или защиту с ВЧ-блокировкой. Дифференциально-фазная защита (ДФЗ) на таких объектах неприменима. Выбор НВЧЗ обусловлен тем, что подстанция с ВИЭ обычно врезается в уже существующую линию и при работе в транзите можно обеспечить требуемую чувствительность защиты. При этом достаточно большой ток от ВИЭ фактически вынуждены не учитывать, поскольку он обусловлен зависимым источником тока и мало предсказуем, а защита практически работает от удаленного источника эдс «за спиной». В режимах нарушения транзита НВЧЗ на подстанции с ВИЭ оказывается неработоспособна, и отключение в таком режиме КЗ возможно только технологическими защитами инверторного преобразователя. При возникновении удаленного КЗ, когда напряжение на шинах подстанции с ВИЭ будет достаточным для преобразователя, возможен случай неотключения повреждения на линии со стороны ВИЭ.
В ООО «Релематика» для обеспечения абсолютной селективности защиты линии с ответвленными подстанциями, соединяющей питающую подстанцию энергосистемы и подстанцию с ВЭС/СЭС, была разработана защита со специальной логикой ВЧ-отключения [1,2]. Такая логика ВЧ-отключения для всех полукомплектов защиты линии предполагает, что на питающей подстанции сети при КЗ в зоне срабатывания от НВЧЗ с некоторой задержкой, обусловленной временем срабатывания измерительных органов других концов линии, формируется разрешающий сигнал, а от защит с подстанций с ВИЭ — блокирующий сигнал.
Селективность работы защиты со стороны подстанции с ВИЭ при КЗ обеспечивают при несимметричных повреждениях реле направления мощности обратной последовательности и реле тока прямой последовательности при симметричных КЗ, формирующие с измерительными органами реле напряжения на подстанции блокирующий сигнал в случае КЗ «за спиной». При повреждениях на линии блокирующий сигнал будет отсутствовать, а появление разрешающего сигнала от питающего конца произведет с контролем реле напряжения отключение линии со стороны подстанции с ВИЭ.
Газета «Энергетика и промышленность России» № 13−14 (465−466) июль 2023 года