大規(guī)模風電機組脫網原因分析及對策

劉長順 中廣核新能源投資（深圳）有限公司黑龍江分公司雙津河風電場

1 前言

因為風能資源是一種綠色環(huán)保、無污染的能源，所以其有著十分巨大的應用價值與空間，可以有效緩解我國經濟資源緊張的壓力，推動經濟的可持續(xù)發(fā)展。雖然目前我國對于風電產業(yè)的開發(fā)力度不斷加大，但因為其相對風力發(fā)電存在一定的不穩(wěn)定性，所以很容易造成在具體運行過程中的風電機組脫網等問題，一定要引起充足的重視。

2 風電機組脫網原因的技術分析

通常來說導致風電機組發(fā)生脫網故障的因素有很多，會對供電網的穩(wěn)定運行產生嚴重的影響。

2.1 缺乏低電壓穿越能力

由于目前的技術仍然屬于前期階段，技術架構相對不夠成熟，所以其大規(guī)模風電機組都無法在電網電壓波動時具有較好的低電壓穿越能力。當供電網絡電壓驟降至正常電壓值的70%時就會產生風機脫網故障。雖然目前也有針對低電壓穿透能力進行改進的，但因為仍沒經過實踐證明，另外也沒有相關機構部門進行低壓穿透的有效性進行檢查，所以仍會造成一定的脫網風險。

2.2 存在設計缺陷，調節(jié)能力較差

因為無功補償設備反應時間較長，通常設備的開啟時間需要幾分鐘，這對整個電網的穩(wěn)定運行來講遠遠不夠，也不能有效對動態(tài)無功進行調節(jié)。所以大規(guī)模風電機組一旦出現(xiàn)低電壓無法穿透的現(xiàn)象也將造成出現(xiàn)大面積范圍的脫網故障。另外如果供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓上升的現(xiàn)象，因為風電機組的過電壓保護機制開啟，導致風電機組出口斷路器自動跳閘，進而造成風電機組脫網故障的產生，影響整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因為現(xiàn)階段大多數(shù)風電機組還沒有動態(tài)無功的調節(jié)作用，所以都是在系統(tǒng)額定功率因數(shù)下進行工作，要想實現(xiàn)無功功率的調節(jié)就一定要在升壓站安裝無功功率補償設備。但具體發(fā)展現(xiàn)狀是大部分無功補償設備輸出功率無法滿足補償范圍的標準，只能夠采取延長補償時間的方式，所以并不能完全做到對系統(tǒng)電壓展開調節(jié)的目的?，F(xiàn)階段采用的補償設備為電磁電抗器，但仍然無法適應風電場的快速調壓能力，由于供電網絡的電壓波動是無法預知的，因此這就要求無功補償設備具有較為靈敏的的反應速率。同時因為一些無功補償設備容量過小無法滿足技術要求，不能做到連續(xù)性補償，所以對大規(guī)模風電機組展開無功調節(jié)的程度是不穩(wěn)定的。

2.3 風電機組配置參數(shù)不達標，缺乏對電網的適應能力

由于規(guī)格參數(shù)不達標造成機組的保護和定值整定都與供電網存在差異，所以風電機組產生脫網故障的可能性也就更大。同時因為風電廠的主要建設區(qū)域都相對偏遠、自然條件惡劣，所以很容易忽視對于設備的有效維護和保養(yǎng)，造成風電機組的設備無法發(fā)揮正常功能，內部產生嚴重的設備故障，導致脫網現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.4 在風電場運營管理上出現(xiàn)問題

現(xiàn)階段的風電場在運行管理方面存在著較大的問題，缺乏對于運行和設備的有效管理。由于在風電場運行過程中相關檢修工作人員缺乏一定水平的專業(yè)技術能力，因人為因素而造成電氣設備的違規(guī)操作產生故障，加之在管理過程中不夠深入，巡檢和維護不到位的現(xiàn)象都會使得大規(guī)模風電機組發(fā)生脫網現(xiàn)象。

3 大規(guī)模風電機組脫網原因的應對措施

3.1 增強風電場動態(tài)無功補償裝置的性能

風電場應根據具體運行情況來加強對于無功補償設備的性能及配置協(xié)調，假如風電場的無功補償能力不能滿足要求，一定要及時進行調整或者更換。通常情況下動態(tài)調節(jié)的反應周期應該控制在30 ms以內。加強無功補償?shù)淖詣踊{節(jié)能力，讓電抗器和電容器支路能夠在突發(fā)情況下實現(xiàn)快速靈敏的投切功能。另外還要讓設備的反應速率與其高電壓穿越能力展開協(xié)調配合，從而能夠讓相關設備進行有效調節(jié)，避免大規(guī)模風電機組由于高電壓問題而出現(xiàn)脫網故障，進而確保整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3.2 保證風電機組的低電壓穿越能力，提高風電機組對電網的適應能力

3.2.1 利用對風電機組發(fā)生脫網現(xiàn)象展開內部分析，發(fā)現(xiàn)電網和機端電壓的上升范圍大約為1.2~1.3Un，假如風電機組高壓穿越能力超過這一范圍，那么即使有的機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)脫網現(xiàn)象，那么當電壓在瞬間出現(xiàn)升高現(xiàn)象時，這部分機組通常都能使自身的有功及無功達到有效平衡，因此，能對整個電網的電壓進行有效控制，必須保證風電機組的低電壓穿越能力符合相關要求。

3.2.2 在對大規(guī)模風電機組展開控制的同時，應對整個風電場中箱式變壓器及升壓變壓器的分接頭位置進行不斷優(yōu)化和調整，以確保接頭處能夠有效發(fā)揮作用。從而可以讓風電場的機端和并網點電壓都穩(wěn)定發(fā)揮作用，進而能夠有效彌補電壓波動所造成的不足，最終避免大規(guī)模風電機組在運行時產生脫網故障。

3.3 在風電匯集地區(qū)建立電壓自動控制系統(tǒng)，加強對風電涉網的管理

3.3.1 健全完善電壓調控系統(tǒng)。風電機組的大規(guī)模接入使其對電壓調控提出了更高的標準，所以為了確保風電機組可以穩(wěn)定工作，要加強對于電壓調控系統(tǒng)的完善，通常包含調度端自動控制主站與風電場自動控制子站兩環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能夠結合風電運行情況來實現(xiàn)對變電站無功補償?shù)挠行д{控和管理，進而推進大規(guī)模風電接入后的電壓可控話管理，大大減少風電機組出現(xiàn)脫網故障。

3.3.2 提高風電涉網管理和保護程度。在進行風電涉網管理時一定要強調以下幾點：首先要確保風機保護與電網相匹配；其次要確保過電壓保護、頻率保護與低電壓保護之間穩(wěn)定運行；另外要加強變流器定值與低電壓穿越能力之間的協(xié)調；最后要盡量把并網點電壓穩(wěn)定在0.9~1.1倍額定電壓內，以確保風電機組可以持續(xù)安全的運行。

3.4 加大風電場匯集系統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)的研究

風電場要根據自身運行情況針對接入網絡的10kV與35kV小電流接地網絡展開深入分析，不斷對其進行健全優(yōu)化，同時需要強調的是一定要使其具備對風電場中單相問題的快速隔離功能，切實可行的實現(xiàn)對脫網問題造成的影響展開有效控制，保證整個供電網絡的穩(wěn)定運行。

4 結語

由于大規(guī)模風電機組的接入使得脫網故障的發(fā)生率急劇提高，這給整個風電場的安全工作產生了嚴重的影響，一定程度上也是對有關工作人員的一種警示。因為我們只有確保風電場能夠安全可靠的工作才可以有效推進我國的能源事業(yè)向著持續(xù)穩(wěn)定的方向發(fā)展，加強對于綠色、清潔能源的充分利用。只要不斷提高對大規(guī)模風電場的供電安全管理程度，加強對于風電機組相關設備的管理及應用，就能實現(xiàn)對風電運行過程的有效控制，加大對于運行設備的故障治理排查，確保其能夠更加穩(wěn)定安全的運行工作運行。通過將風電事業(yè)發(fā)展過程中潛在的一系列技術問題進行分析解決，就能夠不斷推進風電產業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展下去，推動我國的綠色能源經濟建設的快速進步與發(fā)展。