云南電網(wǎng)風(fēng)電機組脫網(wǎng)案例分析

張杰，黃偉，吳琛，李玲芳

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

云南電網(wǎng)風(fēng)電機組脫網(wǎng)案例分析

張杰，黃偉，吳琛，李玲芳

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

介紹多次云南電網(wǎng)風(fēng)機脫網(wǎng)事件的原因，發(fā)現(xiàn)暴露的問題，并在風(fēng)電并網(wǎng)、風(fēng)電運行、事件調(diào)查等方面提出了相關(guān)的措施。對有效防止風(fēng)電機組大規(guī)模脫網(wǎng)、提高風(fēng)電運行的穩(wěn)定性等方面具有較好的指導(dǎo)意義。

風(fēng)電場；風(fēng)電機組；脫網(wǎng)

0 前言

云南電網(wǎng)新能源尤其是風(fēng)電發(fā)展非?？?，截至2014年初，云南風(fēng)電裝機已超過2 000 MW，幾年的運行經(jīng)驗表明，風(fēng)電機組的運行管理存在各種問題。為了緩解風(fēng)機大規(guī)模脫網(wǎng)對局部電網(wǎng)運行帶來的影響，同時便于多了解風(fēng)電運行的各種技術(shù)、管理問題，提出對風(fēng)電運行統(tǒng)一的規(guī)范化要求，云南中調(diào)逐步加強對風(fēng)機脫網(wǎng)事件的調(diào)查，涉及到電氣原因脫網(wǎng)的情況，不查清問題不允許并網(wǎng)。在不斷深入介入各次風(fēng)機脫網(wǎng)事件調(diào)查的過程中，云南中調(diào)也提出了若干有效的防止風(fēng)電機組脫網(wǎng)的措施。

1 歷次風(fēng)機脫網(wǎng)時事件

1)某110 kV洱鄧Ⅱ回線故障跳閘，線路重合成功，導(dǎo)致周邊四個風(fēng)電場若干臺風(fēng)機脫網(wǎng)。原因分析：三個風(fēng)電場風(fēng)機低電壓穿越功能未經(jīng)實驗，不具備投入運行條件，導(dǎo)致全部運行風(fēng)機脫網(wǎng)。另一個風(fēng)電場風(fēng)機低電壓穿越功能已經(jīng)過實驗確認(rèn)并投入運行，但由于實驗確認(rèn)是在平原地區(qū)進行的，使高原地區(qū)風(fēng)機仍有部分不能滿足20%額定電壓持續(xù)運行625 ms的要求。

本次事件后，加強了風(fēng)電機組并網(wǎng)要求，在風(fēng)電并網(wǎng)投產(chǎn)前就要求具備低電壓穿越能力，否則不予并網(wǎng)。

2)電網(wǎng)的倒閘操作為常規(guī)性操作，引起電網(wǎng)電壓小幅度變化。但大理地區(qū)脫網(wǎng)風(fēng)機主控系統(tǒng)Vector surge(矢量波動)保護設(shè)定值范圍過小，主控系統(tǒng)誤動作，導(dǎo)致脫網(wǎng)。原因分析：Vector Suger故障保護適用于鼠籠式異步電機，對帶有變流器的雙饋異步電機的風(fēng)機不需要設(shè)置該保護值，即多余的保護誤動導(dǎo)致風(fēng)機脫網(wǎng)。

3)某110 kV線遭雷擊故障跳閘導(dǎo)致相關(guān)風(fēng)電場33臺機組均脫網(wǎng)停機。下圖中，紅線為規(guī)范要求的風(fēng)機切除曲線，在紅線上方，不允許風(fēng)機脫網(wǎng)；在紅線下方，允許風(fēng)電機組從電網(wǎng)切除。圖中藍線為本次電壓波動曲線 (C相)。在72 ms處，對側(cè)斷路器已經(jīng)跳閘，由于風(fēng)機未脫網(wǎng)，使C相電壓由23%又上升到50%，此后1 000 ms內(nèi)，由50%緩慢下降至0，超過了低電壓穿越曲線允許的范圍，故風(fēng)機脫網(wǎng)。從圖中可見，風(fēng)機在低電壓穿越過程中仍提供了1s左右的電壓支撐。

原因分析：110 kV線路重合閘時間超過風(fēng)電機組低電壓穿越的允許范圍。

4)某地區(qū)地震某風(fēng)電場機組箱變短路接地，引起35 kV電壓波動，使風(fēng)機側(cè)690 V電壓低于20%，超出低穿的國標(biāo)范圍，風(fēng)機變流器判定脫網(wǎng)，全場風(fēng)機解列。本次事件發(fā)現(xiàn)了風(fēng)機在電網(wǎng)電壓超出國標(biāo)范圍且不在低穿區(qū)域時仍啟動電網(wǎng)電壓、頻率檢測功能，導(dǎo)致出現(xiàn)電網(wǎng)低頻的誤判定，以及風(fēng)機主控波形不能實時存儲在SCADA系統(tǒng)中，UPS性能不足影響故障分析數(shù)據(jù)紀(jì)錄等方面的問題。

5)某風(fēng)電場風(fēng)機因三相電流不平衡，其兩相電流的不平衡度超過了其定值100 A，導(dǎo)致全場58臺風(fēng)機脫網(wǎng)。本次事件發(fā)現(xiàn)了SVG未及時投運、全場GPS對時未統(tǒng)一、風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)故障報文時序性差等問題。

6)某風(fēng)電場風(fēng)機箱變高壓側(cè)B相電纜終端頭擊穿，導(dǎo)致本線路35 kV斷路器跳閘，對應(yīng)風(fēng)機脫網(wǎng)，同時非故障線路有8臺風(fēng)機也脫網(wǎng)。原因分析：是由于脫網(wǎng)風(fēng)機的軟件控制版本不同，對應(yīng)IGBT的過壓保護閥值不同。脫網(wǎng)風(fēng)機在低電壓穿越時直流母線上電壓超過了IGBT的過壓保護閾值1 340 V，其他未脫網(wǎng)風(fēng)機該值設(shè)置為1 440 V。同樣的問題也出現(xiàn)在大理、版納的兩個風(fēng)電場，均是由于設(shè)備生產(chǎn)廠家現(xiàn)場維護人員漏升級設(shè)備所致。本次事件還發(fā)現(xiàn)了風(fēng)機因電氣類故障不應(yīng)自啟動的問題。

7)某風(fēng)電場在主網(wǎng)電壓出現(xiàn)小范圍的變化時，7臺風(fēng)機未成功實現(xiàn)低電壓穿越而脫網(wǎng)停機。原因分析：是由于脫網(wǎng)風(fēng)機的低電壓穿越參數(shù)設(shè)置不對，其低電壓脫機的門檻值設(shè)置高于南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，延時短于南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。這是由于不同技術(shù)人員設(shè)置參數(shù)有差異造成的。

8)某風(fēng)電場同樣在主網(wǎng)電壓出現(xiàn)小范圍不平衡的變化時，24臺風(fēng)機因變頻器 “電網(wǎng)電流不平衡的判定系數(shù)”參數(shù)設(shè)置存在問題，導(dǎo)致機組脫網(wǎng)。細致的分析還表明，該風(fēng)電場風(fēng)機對不平衡電流、電壓的判據(jù)有缺陷，在較小功率的運行方式下，容易因極小的不平衡電流導(dǎo)致停機脫網(wǎng)。本次事件同樣存在風(fēng)電場對相關(guān)定值的管理不規(guī)范的問題。

2 問題分析

2.1 技術(shù)問題

1)因低電壓穿越功能未做試驗且沒有投入而導(dǎo)致風(fēng)機大規(guī)模脫網(wǎng)；

2)因多余的保護誤動作導(dǎo)致風(fēng)機脫網(wǎng)；

3)因IGBT軟件版本未更新，不滿足低電壓穿越要求脫網(wǎng)；

4)因UPS、蓄電池電壓不足影響機組低穿能力，機組脫網(wǎng)；

5)因影響低穿能力的相關(guān)參數(shù)設(shè)置錯誤，機組脫網(wǎng)；

6)因低頻保護動作及風(fēng)機不平衡電流越限脫網(wǎng)。

2.2 管理及技術(shù)儲備方面的問題

這些事件均暴露出風(fēng)電場運值人員對風(fēng)電運行的管理出現(xiàn)問題。

2.3 在風(fēng)電脫網(wǎng)事件調(diào)查中出現(xiàn)的問題

1)監(jiān)控或風(fēng)機有關(guān)數(shù)據(jù)或報文的時間與故障時間不一致；

2)監(jiān)控或風(fēng)機有關(guān)數(shù)據(jù)或報文時序邏輯混亂，無法準(zhǔn)確判斷風(fēng)機的真正脫網(wǎng)原因，對低電壓能力也無法準(zhǔn)確評估；

3)監(jiān)控或風(fēng)機有關(guān)數(shù)據(jù)或報文、實際電壓值、進入低穿到風(fēng)機脫網(wǎng)實際延時時間無法準(zhǔn)確提供；

4)風(fēng)機脫網(wǎng)原因眾多，除了低穿外還有三相不平衡、ups異常、變頻器控制等原因引起脫網(wǎng)，分析的難度較大；

5)針對調(diào)查結(jié)果，具體改進措施、時間進度、閉環(huán)管理不明確。

3 風(fēng)電管理改進措施

1)新投產(chǎn)風(fēng)電、光伏等新能源電廠，應(yīng)在商業(yè)化運行前落實新投電場低電壓穿越功能并向相應(yīng)調(diào)度機構(gòu)報送檢測證書及報告，確保低電壓穿越功能滿足相關(guān)要求并隨風(fēng)機可靠投運；

2)新投產(chǎn)風(fēng)電、光伏等新能源電廠，應(yīng)在并網(wǎng)投產(chǎn)前上報無功補償配置及運行策略等方面的資料。根據(jù)相關(guān)調(diào)度機構(gòu)下達的無功電壓曲線及時投退無功補償裝置；

3)新投產(chǎn)風(fēng)電場，應(yīng)在并網(wǎng)投產(chǎn)前上報自并網(wǎng)功能等方面的資料。風(fēng)電機組因安自裝置、頻率、電壓、電流、有功、無功等電氣保護動作導(dǎo)致風(fēng)機脫網(wǎng)的不允許自啟動并網(wǎng)，對應(yīng)自啟動并網(wǎng)功能應(yīng)予以退出；

4)新投產(chǎn)風(fēng)電場應(yīng)在并網(wǎng)投產(chǎn)前上報涉及低電壓穿越能力的控制系統(tǒng)軟件版本，若發(fā)現(xiàn)有不滿足的情況，電廠應(yīng)盡快在投產(chǎn)前安排廠家完成軟件版本的升級改造工作；

5)新投產(chǎn)風(fēng)電場應(yīng)在并網(wǎng)投產(chǎn)前上報每一臺風(fēng)電機組涉及低電壓穿越能力的參數(shù)，檢查參數(shù)是否滿足低電壓穿越要求，若有不滿足的參數(shù)，電廠應(yīng)盡快在投產(chǎn)前安排廠家完成參數(shù)更新。

6)各級調(diào)度應(yīng)將風(fēng)電場、光伏電場的低電壓穿越能力要求納入并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議中，強化風(fēng)電場機組、光伏電場的低電壓穿越功能投運工作，落實風(fēng)電場機組、光伏電場的低電壓穿越能力。

7)各并網(wǎng)運行風(fēng)電場、光伏電場應(yīng)全面落實低電壓穿越能力，確保低電壓穿越功能開放：

a.對于具備低電壓穿越功能且已經(jīng)過的檢測認(rèn)證的新能源電場，由電場向相應(yīng)調(diào)度機構(gòu)報檢測認(rèn)證證書后，經(jīng)新設(shè)備投運申請流程及時投入低電壓穿越功能。

b.對于具備低電壓穿越功能但未經(jīng)過檢測認(rèn)證的電場，電場應(yīng)向相應(yīng)調(diào)度機構(gòu)報送低電壓穿越能力承諾書，經(jīng)新設(shè)備投運申請流程及時投入低電壓穿越功能。在規(guī)定時間內(nèi)取得檢測認(rèn)證證書后，及時報相應(yīng)調(diào)度機構(gòu)備案。

c.對于具備低電壓穿越功能且報送了檢測認(rèn)證證書或低電壓穿越能力承諾書的電場，若運行中或現(xiàn)場測試試驗中發(fā)現(xiàn)其實際低電壓穿越能力不滿足要求的，應(yīng)解網(wǎng)整改。

8)新能源電場按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)梳理本電場是否滿足要求，對存在的問題及時進行整改。

9)各新能源電場在正常運行或緊急狀態(tài)下，應(yīng)能提供必要的動態(tài)無功支持，即各電場動態(tài)無功補償裝置應(yīng)可靠投入運行，并根據(jù)規(guī)范中的電壓控制要求，及時投退固定無功補償裝置。

9)完善新能源電廠二次系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備、功能的配置，未達規(guī)范中二次系統(tǒng)要求的電廠，應(yīng)制定計劃并與調(diào)度相關(guān)專業(yè)聯(lián)系，盡快落實以滿足規(guī)范要求。

10)各新能源電場故障脫網(wǎng)后不得自動并網(wǎng)，須經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度部門許可后方能并網(wǎng)。

11)各新能源電廠應(yīng)加強發(fā)電側(cè)管理，規(guī)范棄風(fēng)計算與相關(guān)信息上報，提高電廠功率預(yù)測準(zhǔn)確率。配合自動化專業(yè)，按相關(guān)要求完成電廠實時運行數(shù)據(jù)和功率預(yù)測信息接入省調(diào)的工作。

12)新能源電廠應(yīng)注意場內(nèi)相關(guān)電纜頭、風(fēng)機設(shè)備、斷路器、UPS、蓄電池等相關(guān)設(shè)備的運行維護，可在汛期風(fēng)小時開展較大范圍的維護和定檢工作。

13)鼓勵新能源電廠開展匯集系統(tǒng)電能質(zhì)量現(xiàn)場檢測、匯入地區(qū)電網(wǎng)特性研究、保護整定配合等方面的研究，不滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的，應(yīng)采取措施予以及時治理。

4 結(jié)束語

綜上所述，各新能源電廠應(yīng)積極與廠家合作，充分了解新能源機組控制系統(tǒng)、控制邏輯、功能實現(xiàn)、告警輸出等方面的情況，盡量減少因控制系統(tǒng)冗余功能造成的脫網(wǎng)停機事件。

[1] 南方電網(wǎng)風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范 [S].2011.

[2] 南方電網(wǎng)光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范 [S].2014.

[3] 風(fēng)電機組低電壓穿越能力一致性評估方法 [Z].國家風(fēng)電技術(shù)與檢測研究中心，2011.

Analysis on Many Cases of Wind Turbine Off-network in Yunnan Power Grid

ZHANG Jie，HUANG Wei，WU Chen，LI Lingfang
(Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011)

This paper summarizes the reasons of many off-network cases，finds the exposed problems，and puts forward the relevant measures in the integration and operation and incident investigation of wind power.The better instruction significance is apparent to effectively prevent the large-scale off grid of wind turbines，and improve the operation stability of wind power.

the wind field；wind turbine；off network

TM76

B

1006-7345(2014)05-0118-03

2014-07-02

張杰 (1978)，男，工程師，工學(xué)碩士，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)分析與控制 (e-mail)jimhorse1978＠163.com。

黃偉 (1979)，男，工程師，工學(xué)博士，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)分析與控制。

吳琛 (1974)，女，高工，學(xué)士，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)運行分析與控制的管理工作。