大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)原因分析及對策探討

王輝

摘 要 風(fēng)電機(jī)組是電力系統(tǒng)中非常重要的組成部分，目前，隨著風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模并網(wǎng)的發(fā)展，機(jī)組在運作過程經(jīng)常出現(xiàn)脫網(wǎng)等故障，這對整個電力系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)及安全性造成了非常嚴(yán)重的影響，為了促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全及可靠運行，筆者結(jié)合工作經(jīng)驗，主要就大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)原因及對策展開相關(guān)論述。

關(guān)鍵詞 風(fēng)電機(jī)組；脫網(wǎng)；原因；對策

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0142-01

近幾年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電力行業(yè)也得到了一定發(fā)展，風(fēng)電作為一種清潔能源，深受人們喜愛，并在在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，許多風(fēng)電機(jī)組都是以大規(guī)模的并聯(lián)方式運行，這樣當(dāng)一個設(shè)備出現(xiàn)脫網(wǎng)等故障后，機(jī)組中其他設(shè)備的運行就會受到影響，從而會對整個電力系統(tǒng)的正常供電產(chǎn)生一定威脅。因此，為了促進(jìn)供電的穩(wěn)定性，必須對大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的脫網(wǎng)現(xiàn)象引起重視。本文以部分地區(qū)大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的脫網(wǎng)現(xiàn)象為例，進(jìn)行以下相關(guān)分析。

1 大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)原因分析

現(xiàn)以某次大面積脫網(wǎng)為例，從風(fēng)機(jī)及電網(wǎng)電壓的波動在脫網(wǎng)時的情況作相關(guān)分析。

1.1 故障的發(fā)生過程

事故前，220 kV線路中額定相電壓和相電壓為分別為128 kV和131.1 kV，電壓從此開始跌落（每時刻速度為0 ms），以下為其變化過程：到50ms時，跌到0.35Un（額定電壓），然后又開始往上升，到180 ms時，又恢復(fù)到正常水平，接著又開始上升到1.22Un，9400 ms時，然后又恢復(fù)到1.13Un。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的電壓和線路中電壓的波動情況相同，但是風(fēng)機(jī)對精度的幾率較差，無法把電壓瞬時跌落時的最低電壓值進(jìn)行有效記錄。風(fēng)機(jī)端電壓的最高幅值為930 V，在電壓跌落的過程中，許多機(jī)組都出現(xiàn)了脫網(wǎng)現(xiàn)象，有的機(jī)組則是在電壓升高的過程中，因保護(hù)動作而發(fā)生脫網(wǎng)。

1.2 故障的發(fā)生原因

如果機(jī)組處于正常的運行狀態(tài)，那么從并網(wǎng)點方面而言，全場的無功情況都是平衡的，其和送出線路之間的無功交換是比較少的。故障在發(fā)生的過程中，通常會經(jīng)過以下3個階段。

1）第1個階段：電網(wǎng)中的電壓受到外部短路故障的影響后出現(xiàn)快速跌落現(xiàn)象，有的風(fēng)場中的風(fēng)電機(jī)組因?qū)Φ碗妷翰痪邆湟欢ǖ拇┰侥芰Χ黄韧顺鱿到y(tǒng)的運行，有的電網(wǎng)局部有功出力出現(xiàn)快速降低。

2）第2個階段：電網(wǎng)中的電壓在短路故障被切除后出現(xiàn)逐漸恢復(fù)，風(fēng)電場的固定式無功補(bǔ)償設(shè)備還沒有完全退出運行，而當(dāng)電壓逐漸恢復(fù)后，其又開始輸出無功功率。此時雖然能夠?qū)VG、MCR以及SVC等無功設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是二者對時間常數(shù)的調(diào)整是不同的。調(diào)整過程中，如果缺乏一定的響應(yīng)時間，那么受到電壓高低變換的影響，電壓的可靠性及穩(wěn)定性就會受到威脅。

3）第3個階段：電路中的電流隨著有功的減少而有所減少，于是變壓器和線路等裝置所消耗的無功也發(fā)生了巨大變化，而無功補(bǔ)償裝置的投入是不變的，這樣線路中的電壓就會很容易出現(xiàn)急劇震蕩及升高現(xiàn)象。有的裝置能夠?qū)Φ碗妷哼M(jìn)行有效穿越，但是沒有在低電壓中發(fā)生脫網(wǎng)的機(jī)組會因電壓進(jìn)一步升高而發(fā)生脫網(wǎng)現(xiàn)象，從而又會導(dǎo)致無功過剩，從而會使機(jī)組出現(xiàn)故障。

2 大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)原因的應(yīng)對措施

2.1 增強(qiáng)風(fēng)電場動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的性能

風(fēng)電場應(yīng)結(jié)合自身的具體情況對無功補(bǔ)償裝置的性能及配置情況進(jìn)行詳細(xì)而全面的檢查，如果風(fēng)電場的動態(tài)無功調(diào)節(jié)能力不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時采取有效措施進(jìn)行整改。對于動態(tài)無功補(bǔ)償裝置可感性無功容量以及可輸出的最大容性，應(yīng)嚴(yán)格按照無功分層分區(qū)平衡原則并結(jié)合專題分析進(jìn)行有效確定，一般而言，應(yīng)把動態(tài)調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間空在30 ms以內(nèi)。而對于無功補(bǔ)償裝置中的動態(tài)部分，則應(yīng)使其以自動方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，此外，應(yīng)使電抗器及電容器支路具備在緊急或突發(fā)狀況下實現(xiàn)正確而快速的投切功能。另一方面，應(yīng)使裝置的響應(yīng)速度和風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越能力進(jìn)行有效配合，這樣對相關(guān)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)時，才能使風(fēng)電機(jī)組不會因高電壓而發(fā)生脫網(wǎng)現(xiàn)象，從而保證整個電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。

2.2 保證風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力，提高風(fēng)電機(jī)組對電網(wǎng)的適應(yīng)能力

1）通過對相關(guān)風(fēng)電機(jī)組的脫網(wǎng)故障進(jìn)行分析可知，電網(wǎng)及機(jī)端電壓的上升幅度通常為1.2～1.3Un，如果大部分機(jī)組對高電壓的穿越能力都高于這個范圍，那么即使有的機(jī)組因超出低電壓穿越范圍或因不具備低電壓穿越能力而出現(xiàn)脫網(wǎng)現(xiàn)象，那么當(dāng)電壓在瞬間出現(xiàn)升高現(xiàn)象時，這部分機(jī)組通常都能使自身的有功及無功達(dá)到有效平衡，因此，能對整個電網(wǎng)的電壓進(jìn)行有效控制，必須保證風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力符合相關(guān)要求。

2）對風(fēng)電場進(jìn)行控制與管理的過程中，應(yīng)使風(fēng)電機(jī)組的主控定值、變流器定值和低電壓的穿越能力相配合，并對整個風(fēng)電場中箱式變壓器及升壓變壓器的分接頭位置進(jìn)行有效優(yōu)化與調(diào)整，以使二者的分接頭處于一個相互配合的狀態(tài)。這樣就能使風(fēng)電場中機(jī)端電壓及并網(wǎng)點電壓都處于正常范圍內(nèi)，從而使風(fēng)電機(jī)組更好地適應(yīng)系統(tǒng)正常電壓的波動情況，進(jìn)而有效防止或減少風(fēng)電機(jī)組在運行過程中出現(xiàn)脫網(wǎng)現(xiàn)象。

2.3 在風(fēng)電匯集地區(qū)建立電壓自動控制系統(tǒng)，加強(qiáng)對風(fēng)電涉網(wǎng)的管理

1）建立電壓自動控制系統(tǒng)。風(fēng)電大規(guī)模匯集地區(qū)對無功電壓的控制有較高要求，因此，為了保證風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運行，應(yīng)建立電壓自動控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要包括調(diào)度端自動控制主站和風(fēng)電場自動控制子站兩部分，系統(tǒng)可根據(jù)風(fēng)電出力的具體情況對變電站無功補(bǔ)償、無功補(bǔ)償設(shè)備等進(jìn)行合理控制與管理，從而可使風(fēng)電匯集地區(qū)中的運行電壓得到一定優(yōu)化，進(jìn)而可有效避免風(fēng)電機(jī)組發(fā)生脫網(wǎng)現(xiàn)象。

2）增強(qiáng)風(fēng)電涉網(wǎng)管理與保護(hù)。對風(fēng)電涉網(wǎng)進(jìn)行布置時，應(yīng)注意以下幾點：一是要使風(fēng)機(jī)保護(hù)和所接入的電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)；二是過電壓保護(hù)、頻率保護(hù)、低電壓保護(hù)應(yīng)和電網(wǎng)保護(hù)相互協(xié)調(diào)；三是風(fēng)電機(jī)組中的變流器定值、主控定值則應(yīng)和低電壓的穿越功能相互配合；四是要把并網(wǎng)點的電壓控制在0.9～1.1倍額定電壓內(nèi)，以使風(fēng)電場內(nèi)的并網(wǎng)機(jī)組能夠穩(wěn)定而連續(xù)運行。

2.4 加大風(fēng)電場匯集系統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)的研究

風(fēng)電場要結(jié)合自身的具體情況對匯集系統(tǒng)的10 kV和35 kV小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，使其更加完善，此外，需注意的是，必須要使其對風(fēng)電場中的匯集線單相故障具有快速切除的能力，這樣才能對脫網(wǎng)故障而引起的故障進(jìn)行有效控制，從而才能促進(jìn)整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。

3 結(jié)束語

對電力企業(yè)的發(fā)展而言，大規(guī)模風(fēng)電基地的建設(shè)有著非常重要的意義，風(fēng)電機(jī)組以并聯(lián)的方式運行，能使電網(wǎng)的工作效率得到一定提高，但是一旦機(jī)組中的某設(shè)備發(fā)生故障，通常都會對整個電網(wǎng)的正常運行產(chǎn)生影響，因此，必須對大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組加強(qiáng)管理。本文結(jié)合大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)的原因，提出了相關(guān)的應(yīng)對措施，以此為大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的管理提供參考。

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