大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)原因分析及對策

中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司 吳 劍

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大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)原因分析及對策

中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司 吳 劍

【摘要】近年來，隨著我國清潔能源的快速發(fā)展，已呈現(xiàn)風力發(fā)電機組大規(guī)模并網(wǎng)態(tài)勢，在機組運行過程中，脫網(wǎng)等故障時有發(fā)生，電力系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性和可靠性受到嚴重影響。本文以某企業(yè)大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)故障為例，分析了脫網(wǎng)故障發(fā)生的原因，并提出了一些相對應(yīng)的建議，以期推動電力系統(tǒng)的安全、可靠運行。

【關(guān)鍵詞】大規(guī)模風電機組；脫網(wǎng)；原因；對策

0 引言

風能資源是一種清潔、環(huán)保、無污染的綠色能源，其具有較大開發(fā)利用潛力，能夠有效推動我國能源資源的可持續(xù)開發(fā)?，F(xiàn)階段，國家也越來越重視風電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，并且出臺了一系列政策扶持。在風力發(fā)電機組運行過程中，由于風力發(fā)電間歇性、不穩(wěn)定性等特點，易發(fā)生如大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)等故障。

1 大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)故障及其原因分析

（1）某110kV中某回線故障跳閘，線路重合成功后，附近四個風力發(fā)電場多臺風電機組出現(xiàn)脫網(wǎng)故障。主要原因：三個風電場風電機組低電壓穿越未通過相關(guān)實驗，致使部分運行風電機組出現(xiàn)脫網(wǎng)。同時，另一個風力發(fā)電場的低壓穿越功能已經(jīng)通過了實驗的確認并且已經(jīng)投入運行中，但因為實驗確認是在平原區(qū)域進行的，導(dǎo)致高原地區(qū)的風電機組依舊有少數(shù)無法滿足20%額定電壓持續(xù)運行625ms的要求。

（2）某110kV線因遭受雷擊出現(xiàn)跳閘故障，導(dǎo)致某風力發(fā)電場33臺機組均出現(xiàn)脫網(wǎng)停機故障。在圖1中，紅線為規(guī)范要求的風電機組切除曲線，在紅線上方，不允許風電機組脫網(wǎng)；在紅線下方，允許風電機組從電網(wǎng)切除。圖中藍線為本次電壓波動曲線（C相）。在72ms處，對側(cè)斷路器已經(jīng)跳閘，由于風電機組未脫網(wǎng)，使C相電壓由23%又上升到50%，此后1000ms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，故風電機組脫網(wǎng)。通過圖1可知，風電機組在低電壓穿越過程中依舊提供了1s左右的電壓支撐。此次脫網(wǎng)故障主要原因在于：110kV線路重合閘時間超過風電機組低電壓穿越的允許范圍。

圖1 電網(wǎng)故障引發(fā)的電壓跌落示意圖

（3）某風電場風電機組箱變高壓側(cè)B相電纜終端頭被擊穿，導(dǎo)致該線路35kV斷路器出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，之后其所對應(yīng)的風電機組發(fā)生了脫網(wǎng)故障，同時，非故障線路中也有8臺風電機組出現(xiàn)了脫網(wǎng)故障。主要原因在于：風機廠家現(xiàn)場維護人員未升級風電機組軟件控制版本，使得各風機對應(yīng)的IGBT過壓保護閥值存在較大的差異。在此項事故中，當脫網(wǎng)風電機組在低電壓穿越時，直流母線上的電壓已經(jīng)超過了IGBT的過壓保護閾值1340V，而其他未脫網(wǎng)風電機組的此項數(shù)值設(shè)置為1440V。

（4）當某風力發(fā)電場的主網(wǎng)電壓發(fā)生較小范圍的變化情況時，有7臺風電機組未能成功實現(xiàn)低電壓穿越而脫網(wǎng)停機。主要原因在于脫網(wǎng)風電機組的低電壓穿越參數(shù)設(shè)置的不合理而導(dǎo)致的，再加上其低電壓脫機的門檻值設(shè)置高于南網(wǎng)標準，延時低于南網(wǎng)標準。根本原因是不同技術(shù)人員設(shè)置參數(shù)的差異而導(dǎo)致的。

2 大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)問題解決對策分析

2.1 增強裝置的性能

對于風力發(fā)電場的檢查工作，首先需要對其自身條件、外部環(huán)境等時機情況對無功補償裝置的性能與配置等方面內(nèi)容進行全面的、詳細的分析。此時，如果風電場的動態(tài)無功調(diào)節(jié)能力不符合相關(guān)標準，則應(yīng)該及時采取一些有效的措施，以此來對其進行必要的整改。同時，對于動態(tài)的無功補償?shù)难b置，其通常能夠輸出最大容性與可感性的無功容量，但需要遵循無功分層與平衡原則，并且還要充分結(jié)合相關(guān)專題進行仔細的分析，以確保動態(tài)的無功補償?shù)难b置的有效性。

通常情況下，對于動態(tài)調(diào)節(jié)相應(yīng)時間，應(yīng)當確保其處于30ms范圍內(nèi)。但對于無功補償?shù)难b置中的動態(tài)部分，應(yīng)當使其以用自動的方式來進行自我調(diào)節(jié)。對于電容器與電抗器支路裝備，應(yīng)當確保其具備在突發(fā)狀況與緊急情況下能夠?qū)嵖焖?、準確進行投切的功能。此外，對于機組高電壓穿越能力與裝置的響應(yīng)速度，也需要對進行有效的配合與調(diào)控。

2.2 提高風電機組的適應(yīng)能力

通過風力發(fā)電機組脫網(wǎng)故障分析可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)與機組兩端電壓的上升范圍通常處于1.2～1.3Un范圍內(nèi)，此時，如果大部分風電機組的高電壓穿越能力均超過了此數(shù)值，即便一些風電機組由于超過了低電壓穿越能力限制或是由于不具備低電壓穿越能力而引發(fā)了脫網(wǎng)故障，則當電壓出現(xiàn)瞬間升高情況時，則這些風電機組通常能夠通過自身的調(diào)節(jié)作用，恢復(fù)其有功與無功之間的平衡狀態(tài)。通過實施上述措施，可有效控制風電場整體電壓情況，但需要保證風電場機組低電壓穿越能力滿足相關(guān)要求。

除此之外，在風電場管理與控制過程中，需要有效融合風電機組主控、變流器定值、低電壓穿越能力，并且還要及時的調(diào)整、優(yōu)化箱式于升壓變壓器的分接頭的位置，從而使得兩者的分接頭的位置處于一個高度配合的狀態(tài)，以確保整體風電場機組兩端電壓與網(wǎng)點電壓處于正常范圍內(nèi)。此情況下，在系統(tǒng)正常運行情況下，風電機組能夠更好的使用電壓跳躍情況，進而可有效防止、減少機組正常運行過程中脫網(wǎng)故障的發(fā)生。

2.3 構(gòu)建自控電壓的系統(tǒng)

通過相關(guān)研究結(jié)果可知，大規(guī)模風電匯集地區(qū)對電壓自動控制的要求通常較高，為了保證風電機組的穩(wěn)定、安全運行，應(yīng)當構(gòu)建自控電壓系統(tǒng)，此類系統(tǒng)主要包括節(jié)端自控主站與風電場自控子站，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠清晰的了解到風電機組能量情況，從而對電站的設(shè)備等運行進行有效的、合理的管控。

此外，在進行風電網(wǎng)絡(luò)布置設(shè)計工作時，應(yīng)當注意以下事項：（1）確保電壓高度保護、頻率和低電壓間的相互協(xié)調(diào)，以及其與電機網(wǎng)絡(luò)保持相對協(xié)調(diào)。（2）確保風電機組保護程序與要連接的電機網(wǎng)絡(luò)的高度協(xié)調(diào)。（3）將機組中的主控值、變流器值控制在相關(guān)標準允許的范圍內(nèi)。（4）為了確保風電機組的正常、穩(wěn)定運行，應(yīng)當將電壓控制在一定倍數(shù)的額定電壓范圍內(nèi)，并且還要在充分考慮機組實際運行情況的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進行合理的研究與改善，從而使得整個風電機組系統(tǒng)能夠處于穩(wěn)定、安全運行狀態(tài)下。

3 結(jié)語

綜上所述，為妥善解決能源與資源短缺問題，推動低碳經(jīng)濟的進一步發(fā)展，相關(guān)企業(yè)與單位必須不斷提升自身風力發(fā)電技術(shù)，并且還要對風能資源進行有效的利用，從而推動我國風電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。此外，還需準確分析風力發(fā)電機組脫網(wǎng)故障發(fā)生的原因，并采取針對性措施，不斷強化風電場安全管理，以保證風電機組的安全運行。

參考文獻

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