沈榮斌

【摘 要】風(fēng)電接入電網(wǎng)的比例逐漸增大，同時也帶來了相應(yīng)的電網(wǎng)安全隱患。為避免因風(fēng)電脫網(wǎng)而造成大面積停電事故，對風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力進(jìn)行測試十分必要。保證風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力是風(fēng)電大規(guī)模接入系統(tǒng)的重要前提。本文闡述了風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越測試的相關(guān)內(nèi)容，并分析了如何選擇低電壓穿越測試的相關(guān)參數(shù)，提出了加強(qiáng)管理風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的相關(guān)意見。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電機(jī)組；低電壓穿越能力；測試；技術(shù)

0.前言

近年來，風(fēng)電在電網(wǎng)中的滲透比率越來越大，帶來了很好的社會效益，同時也取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但風(fēng)電機(jī)組由于沒有具備低電壓穿越能力，而導(dǎo)致大面積脫網(wǎng)事故的現(xiàn)象時有發(fā)生，引起了國家有關(guān)部門的高度重視。為此，國家電網(wǎng)頒布了《關(guān)于開展并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越專項檢測工作的通知》和《關(guān)于印發(fā)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)的通知》[1]，要求對風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力進(jìn)行測試，檢測不合格的應(yīng)進(jìn)行升級改造，以確保風(fēng)電接入電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

1.低電壓穿越測試的原理和內(nèi)容

1.1低電壓穿越測試的原理

根據(jù)低電壓穿越測試的原理要求，電壓跌落必須以阻抗分壓的形式出現(xiàn)。而串聯(lián)阻抗能夠減少短路電流對電網(wǎng)的沖擊力度，且對風(fēng)機(jī)無顯著的暫態(tài)響應(yīng)。電壓跌落前后，串聯(lián)阻抗可連接其中一個旁路開關(guān)，依靠并聯(lián)阻抗連接短路開關(guān)產(chǎn)生電壓跌落。

世界上現(xiàn)有兩種低電壓穿越測試設(shè)備：低壓側(cè)低電壓穿越測試設(shè)備、中壓側(cè)低電壓穿越測試設(shè)備。這兩種測試設(shè)備具有相同的基本原理，具有等效的并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落效果，并得到國際認(rèn)證。

1.2低電壓穿越測試的內(nèi)容

影響風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越特性的因素很多，諸如主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、變頻器等，任意一項出現(xiàn)問題都可能會影響低電壓穿越特性，造成潛在的脫網(wǎng)事故隱患。因此，對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行低電壓穿越能力檢測非常重要。

⑴低電壓穿越測試的形式：一般分為低電壓穿越能力抽檢測試、低電壓穿越能力認(rèn)證測試兩種。低電壓穿越能力抽檢測試是指風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在風(fēng)電場，且具備了低電壓穿越能力認(rèn)證合格證書之后，對其再次進(jìn)行抽樣試驗的測試。而低電壓穿越能力認(rèn)證測試則是對廠家生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行型式試驗，驗證風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力的測試[2]。

⑵低電壓穿越能力認(rèn)證測試：進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力認(rèn)證測試的資格單位應(yīng)具備CNAS資質(zhì)。目前符合要求的單位有遼寧電科院、中國電科院等。測試內(nèi)容：在小功率輸出達(dá)到10%～30%，大功率輸出超過90%的工況下，風(fēng)電機(jī)組電壓跌落到20%、35%、50%、90%時，則應(yīng)進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力驗證，并做到每種情況進(jìn)行2次驗證。

⑶低電壓穿越能力抽檢測試：僅驗證在兩種工況下，風(fēng)電機(jī)組電壓跌落到20%時的穿越能力。

⑷不同電壓跌落對應(yīng)的跌落時間：剩余電壓20%—跌落時間625ms、剩余電壓35%—跌落時間920ms、剩余電壓50%—跌落時間1214ms、剩余電壓75%—跌落時間1705ms、剩余電壓90%—跌落時間2000ms[3]。

2.低電壓穿越測試相關(guān)參數(shù)的選擇分析

2.1短路容量

目前，我國對于短路容量的限定值標(biāo)準(zhǔn)還未明確，但在國外一些國家，尤其是風(fēng)電發(fā)展較快的國家，對于低電壓穿越測試的短路容量有非常明確的要求，即短路容量必須是風(fēng)機(jī)容量的3倍或以上，有些甚至要求達(dá)到5倍以上10倍以下。根據(jù)相關(guān)的測試結(jié)果顯示，當(dāng)工況相同、電壓跌落相同的情形下，風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越的容易程度隨著短路容量的增大而增大。按照相關(guān)規(guī)定，在低電壓穿越產(chǎn)生的裝置中，串聯(lián)阻抗應(yīng)起到限流的功效，且串聯(lián)阻抗大小不會對風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生明顯的暫態(tài)響應(yīng)。短路容量越小，串聯(lián)阻抗就越大，短路容量越大，串聯(lián)阻抗就越小，兩者呈反比例關(guān)系。若選擇串聯(lián)阻抗過大時，則會對風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生影響，造成低電壓穿越失敗?？偨Y(jié)實際測試相關(guān)經(jīng)驗，若短路容量設(shè)定小于2倍，電壓跌落到50%以下時，低電壓的穿越能力就會受到較大的串聯(lián)阻抗影響，從而產(chǎn)生切機(jī)情況。但若工況相同、電壓跌落相同，短路容量設(shè)定超過3倍，風(fēng)電機(jī)低電壓穿越測試則可順利完成。

2.2跌落電壓

在每個并網(wǎng)的風(fēng)電場對風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越進(jìn)行抽檢測試，是保證風(fēng)電接入電網(wǎng)安全運(yùn)行的必要措施。抽檢測試中可在每種機(jī)型中抽選1臺檢測，檢測在兩種工況下，電壓跌落到20%時低電壓的穿越能力。但總結(jié)測試經(jīng)驗，若單只檢驗電壓跌落到20%時的低電壓，難以全面反映風(fēng)電機(jī)組低電壓的穿越能力。因為有時候電壓跌落到20%時可通過，但當(dāng)電壓跌落達(dá)到90%時，則可能無法通過。但由于我國目前有資格進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越檢測的單位有限，因此，很難確定低電壓的測試周期，這也決定了我國低電壓的穿越測試工作需經(jīng)過很長時間才能完成。

2.3轉(zhuǎn)子短路的保護(hù)

當(dāng)前很多制造商會在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)裝上crowbar電路，以提供旁路，保證發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。其主要作用是在檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電壓跌落時，能夠閉鎖雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵磁變流器。與此同時投向轉(zhuǎn)子回路的旁路，以對電流、轉(zhuǎn)子繞組通過電壓形成限制和阻礙，從而達(dá)到保證發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的目的。在主流側(cè)并接入制動電阻和制動單元，可以很好的消耗掉充電電容中的電壓，從而有效降低變流器的直流側(cè)電壓。

但保護(hù)電路存在一些缺陷，例如在出現(xiàn)電網(wǎng)故障時，按感應(yīng)電動機(jī)方式運(yùn)行的機(jī)組會吸收大量功率，從而降低電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。另外，進(jìn)行crowbar保護(hù)電路操作時，還會對系統(tǒng)產(chǎn)生暫態(tài)沖擊。因此，在crowbar觸發(fā)后，可保證發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)，但不能支撐電網(wǎng)電壓。

Crowbar一般通過可控硅來控制導(dǎo)通，有效防止轉(zhuǎn)子和直流母線過流或過壓現(xiàn)象。但可控硅不能控制其關(guān)斷，一旦可控硅導(dǎo)通，直流母線電壓釋放就會歸0，變流器無法工作。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，制造商制造出能夠控制其關(guān)斷的crowbar回路，即有源 crowbar，很好地解決了以上問題。

電網(wǎng)出現(xiàn)故障期間，勵磁變流器會與電網(wǎng)、轉(zhuǎn)子繞組始終保持連接狀態(tài)，由此不受故障影響，保證雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)能正常運(yùn)行。電網(wǎng)故障消除后，即可關(guān)斷功率開關(guān)，切除旁路電阻，使雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)作。

2.4有功功率的恢復(fù)速度

根據(jù)我國最新的《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T19963—2011），僅對風(fēng)電場故障消除后的有功功率恢復(fù)速度有相關(guān)要求，而對單臺風(fēng)電機(jī)組并無明確的規(guī)定要求。根據(jù)實際的檢測結(jié)果顯示，風(fēng)電機(jī)組的有功功率恢復(fù)一般可分為兩種：瞬間恢復(fù)有功功率、按一定速率恢復(fù)有功功率?？偨Y(jié)檢測經(jīng)驗，就單臺風(fēng)電機(jī)組而言，瞬間恢復(fù)有功功率占有優(yōu)勢。另外，變流器與主控變槳系統(tǒng)間的互相配合作用也至關(guān)重要，在滿足功率恢復(fù)速度時，還應(yīng)避免恢復(fù)過快造成的暫態(tài)沖擊。

3.加強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越測試相關(guān)意見

雖然風(fēng)電機(jī)組的性能越來越高，但暴露出來的問題也不少。尤其是風(fēng)電機(jī)組部件和參數(shù)設(shè)定中存在問題。因此，需對這些部件版本進(jìn)行必要的升級。但從目前的情況來看，在進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力認(rèn)證測試中，測試人員往往只考慮了參數(shù)配置問題，而忽略了參數(shù)對風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)影響作用。建議發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)公司互相協(xié)作共同解決。發(fā)電企業(yè)應(yīng)在低電壓抽檢后，詳細(xì)記錄風(fēng)電機(jī)組調(diào)整前后相關(guān)信息，并將調(diào)整情況反饋到調(diào)度部門，由調(diào)度部門決定是否需要重新進(jìn)行低電壓穿越抽檢測試工作。另外，調(diào)度部門還應(yīng)做好抽檢測試備案工作，包括記錄風(fēng)電機(jī)組相關(guān)配置和參數(shù)，制定核查計劃書。

4.小結(jié)

綜上所述，做好風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越測試工作對預(yù)防風(fēng)電脫網(wǎng)具有重要意義。因此，要熟練掌握低電壓穿越測試相關(guān)原理和內(nèi)容，更要選擇好低電壓穿越測試相關(guān)參數(shù)，以確保電壓跌落期間不脫網(wǎng)運(yùn)行，達(dá)到電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]董鶴楠，王剛，邢作霞，姚興佳.風(fēng)電場低電壓穿越測試方法對比研究[J].可再生能源，2013，31（07）：25-28.

[2]趙清松，徐建源，劉勁松，王剛，戈陽陽.風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越測試變流器中電流特性分析[J].東北電力技術(shù)，2013（01）：13-17.

[3]高陽，歐陽群，關(guān)慧敏.風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].東北電力技術(shù)，2010（02）：14-17.