王輝

摘 要 風電機組是電力系統(tǒng)中非常重要的組成部分，目前，隨著風電機組大規(guī)模并網(wǎng)的發(fā)展，機組在運作過程經(jīng)常出現(xiàn)脫網(wǎng)等故障，這對整個電力系統(tǒng)的技術(shù)指標及安全性造成了非常嚴重的影響，為了促進電力系統(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)模風電機組脫網(wǎng)原因及對策展開相關(guān)論述。

關(guān)鍵詞 風電機組；脫網(wǎng)；原因；對策

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

近幾年來，隨著我國科學技術(shù)的迅速發(fā)展，電力行業(yè)也得到了一定發(fā)展，風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，許多風電機組都是以大規(guī)模的并聯(lián)方式運行，這樣當一個設(shè)備出現(xiàn)脫網(wǎng)等故障后，機組中其他設(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，為了促進供電的穩(wěn)定性，必須對大規(guī)模風電機組的脫網(wǎng)現(xiàn)象引起重視。本文以部分地區(qū)大規(guī)模風電機組的脫網(wǎng)現(xiàn)象為例，進行以下相關(guān)分析。

1 大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)原因分析

現(xiàn)以某次大面積脫網(wǎng)為例，從風機及電網(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，又恢復到正常水平，接著又開始上升到1.22Un，9400 ms時，然后又恢復到1.13Un。

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

1.2 故障的發(fā)生原因

如果機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，有的風場中的風電機組因?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，風電場的固定式無功補償設(shè)備還沒有完全退出運行，而當電壓逐漸恢復后，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行有效穿越，但是沒有在低電壓中發(fā)生脫網(wǎng)的機組會因電壓進一步升高而發(fā)生脫網(wǎng)現(xiàn)象，從而又會導致無功過剩，從而會使機組出現(xiàn)故障。

2 大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)原因的應(yīng)對措施

2.1 增強風電場動態(tài)無功補償裝置的性能

風電場應(yīng)結(jié)合自身的具體情況對無功補償裝置的性能及配置情況進行詳細而全面的檢查，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，應(yīng)及時采取有效措施進行整改。對于動態(tài)無功補償裝置可感性無功容量以及可輸出的最大容性，應(yīng)嚴格按照無功分層分區(qū)平衡原則并結(jié)合專題分析進行有效確定，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)。而對于無功補償裝置中的動態(tài)部分，則應(yīng)使其以自動方式進行調(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)速度和風電機組高電壓穿越能力進行有效配合，這樣對相關(guān)裝置進行調(diào)節(jié)時，才能使風電機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 保證風電機組的低電壓穿越能力，提高風電機組對電網(wǎng)的適應(yīng)能力

1）通過對相關(guān)風電機組的脫網(wǎng)故障進行分析可知，電網(wǎng)及機端電壓的上升幅度通常為1.2～1.3Un，如果大部分機組對高電壓的穿越能力都高于這個范圍，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(wǎng)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(wǎng)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(guān)要求。

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

2.3 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(wǎng)的管理

1）建立電壓自動控制系統(tǒng)。風電大規(guī)模匯集地區(qū)對無功電壓的控制有較高要求，因此，為了保證風電機組的穩(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電場自動控制子站兩部分，系統(tǒng)可根據(jù)風電出力的具體情況對變電站無功補償、無功補償設(shè)備等進行合理控制與管理，從而可使風電匯集地區(qū)中的運行電壓得到一定優(yōu)化，進而可有效避免風電機組發(fā)生脫網(wǎng)現(xiàn)象。

2）增強風電涉網(wǎng)管理與保護。對風電涉網(wǎng)進行布置時，應(yīng)注意以下幾點：一是要使風機保護和所接入的電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)；二是過電壓保護、頻率保護、低電壓保護應(yīng)和電網(wǎng)保護相互協(xié)調(diào)；三是風電機組中的變流器定值、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)，以使風電場內(nèi)的并網(wǎng)機組能夠穩(wěn)定而連續(xù)運行。

2.4 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行有效控制，從而才能促進整個電網(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)模風電基地的建設(shè)有著非常重要的意義，風電機組以并聯(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)模風電機組加強管理。本文結(jié)合大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)的原因，提出了相關(guān)的應(yīng)對措施，以此為大規(guī)模風電機組的管理提供參考。

參考文獻

[1]張麗英，葉廷路，辛耀中，等.大規(guī)模風電接入電網(wǎng)的相關(guān)問題及措施[J].中國電機工程學報，2010（25）：184-185.

[2]葉希，魯宗相，喬穎，等.大規(guī)模風電機組連鎖脫網(wǎng)事故機理初探[J].電力系統(tǒng)自動化，2012（8）：162-163.

[3]秦睿，曹銀利，黃葆文，等.一起電纜故障引起的大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)事故[J].電力安全技術(shù)，2011（12）：174-175.

[4]何世恩，董新洲.大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)原因分析及對策[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2012（1）：151-152.

[5]楊金剛，吳林林，劉輝，等.大規(guī)模風電匯集地區(qū)風電機組高電壓脫網(wǎng)機理[J].中國電力，2013（5）：154-155.

[6]閆忠平，劉漢民，雷為民，等.風電機組大范圍脫網(wǎng)原因分析及對策[J].華北電力技術(shù)，2011（12）：121-122.endprint