中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 吳 劍

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大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)原因分析及對(duì)策

中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 吳 劍

【摘要】近年來(lái)，隨著我國(guó)清潔能源的快速發(fā)展，已呈現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大規(guī)模并網(wǎng)態(tài)勢(shì)，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，脫網(wǎng)等故障時(shí)有發(fā)生，電力系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性和可靠性受到嚴(yán)重影響。本文以某企業(yè)大規(guī)模風(fēng)電機(jī)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(duì)應(yīng)的建議，以期推動(dòng)電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組；脫網(wǎng)；原因；對(duì)策

0 引言

風(fēng)能資源是一種清潔、環(huán)保、無(wú)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(dòng)我國(guó)能源資源的可持續(xù)開發(fā)?，F(xiàn)階段，國(guó)家也越來(lái)越重視風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，并且出臺(tái)了一系列政策扶持。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，由于風(fēng)力發(fā)電間歇性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，易發(fā)生如大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)等故障。

1 大規(guī)模風(fēng)電機(jī)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(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)脫網(wǎng)故障。主要原因：三個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越未通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，致使部分運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)脫網(wǎng)。同時(shí)，另一個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的低壓穿越功能已經(jīng)通過(guò)了實(shí)驗(yàn)的確認(rèn)并且已經(jīng)投入運(yùn)行中，但因?yàn)閷?shí)驗(yàn)確認(rèn)是在平原區(qū)域進(jìn)行的，導(dǎo)致高原地區(qū)的風(fēng)電機(jī)組依舊有少數(shù)無(wú)法滿足20%額定電壓持續(xù)運(yùn)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(fēng)力發(fā)電場(chǎng)33臺(tái)機(jī)組均出現(xiàn)脫網(wǎng)停機(jī)故障。在圖1中，紅線為規(guī)范要求的風(fēng)電機(jī)組切除曲線，在紅線上方，不允許風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)；在紅線下方，允許風(fēng)電機(jī)組從電網(wǎng)切除。圖中藍(lán)線為本次電壓波動(dòng)曲線（C相）。在72ms處，對(duì)側(cè)斷路器已經(jīng)跳閘，由于風(fēng)電機(jī)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(guò)了低電壓穿越曲線允許的范圍，故風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。通過(guò)圖1可知，風(fēng)電機(jī)組在低電壓穿越過(guò)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(shí)間超過(guò)風(fēng)電機(jī)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(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)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(duì)應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組發(fā)生了脫網(wǎng)故障，同時(shí)，非故障線路中也有8臺(tái)風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)了脫網(wǎng)故障。主要原因在于：風(fēng)機(jī)廠家現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員未升級(jí)風(fēng)電機(jī)組軟件控制版本，使得各風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的IGBT過(guò)壓保護(hù)閥值存在較大的差異。在此項(xiàng)事故中，當(dāng)脫網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組在低電壓穿越時(shí)，直流母線上的電壓已經(jīng)超過(guò)了IGBT的過(guò)壓保護(hù)閾值1340V，而其他未脫網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的此項(xiàng)數(shù)值設(shè)置為1440V。

（4）當(dāng)某風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的主網(wǎng)電壓發(fā)生較小范圍的變化情況時(shí)，有7臺(tái)風(fēng)電機(jī)組未能成功實(shí)現(xiàn)低電壓穿越而脫網(wǎng)停機(jī)。主要原因在于脫網(wǎng)風(fēng)電機(jī)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(jī)的門檻值設(shè)置高于南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，延時(shí)低于南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。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(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)問(wèn)題解決對(duì)策分析

2.1 增強(qiáng)裝置的性能

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的檢查工作，首先需要對(duì)其自身?xiàng)l件、外部環(huán)境等時(shí)機(jī)情況對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的性能與配置等方面內(nèi)容進(jìn)行全面的、詳細(xì)的分析。此時(shí)，如果風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)能力不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)該及時(shí)采取一些有效的措施，以此來(lái)對(duì)其進(jìn)行必要的整改。同時(shí)，對(duì)于動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置，其通常能夠輸出最大容性與可感性的無(wú)功容量，但需要遵循無(wú)功分層與平衡原則，并且還要充分結(jié)合相關(guān)專題進(jìn)行仔細(xì)的分析，以確保動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置的有效性。

通常情況下，對(duì)于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)相應(yīng)時(shí)間，應(yīng)當(dāng)確保其處于30ms范圍內(nèi)。但對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置中的動(dòng)態(tài)部分，應(yīng)當(dāng)使其以用自動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。對(duì)于電容器與電抗器支路裝備，應(yīng)當(dāng)確保其具備在突發(fā)狀況與緊急情況下能夠?qū)嵖焖佟?zhǔn)確進(jìn)行投切的功能。此外，對(duì)于機(jī)組高電壓穿越能力與裝置的響應(yīng)速度，也需要對(duì)進(jìn)行有效的配合與調(diào)控。

2.2 提高風(fēng)電機(jī)組的適應(yīng)能力

通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)故障分析可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)與機(jī)組兩端電壓的上升范圍通常處于1.2～1.3Un范圍內(nèi)，此時(shí)，如果大部分風(fēng)電機(jī)組的高電壓穿越能力均超過(guò)了此數(shù)值，即便一些風(fēng)電機(jī)組由于超過(guò)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(dāng)電壓出現(xiàn)瞬間升高情況時(shí)，則這些風(fēng)電機(jī)組通常能夠通過(guò)自身的調(diào)節(jié)作用，恢復(fù)其有功與無(wú)功之間的平衡狀態(tài)。通過(guò)實(shí)施上述措施，可有效控制風(fēng)電場(chǎng)整體電壓情況，但需要保證風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組低電壓穿越能力滿足相關(guān)要求。

除此之外，在風(fēng)電場(chǎng)管理與控制過(guò)程中，需要有效融合風(fēng)電機(jī)組主控、變流器定值、低電壓穿越能力，并且還要及時(shí)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(gè)高度配合的狀態(tài)，以確保整體風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組兩端電壓與網(wǎng)點(diǎn)電壓處于正常范圍內(nèi)。此情況下，在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，風(fēng)電機(jī)組能夠更好的使用電壓跳躍情況，進(jìn)而可有效防止、減少機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)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(guò)相關(guān)研究結(jié)果可知，大規(guī)模風(fēng)電匯集地區(qū)對(duì)電壓自動(dòng)控制的要求通常較高，為了保證風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)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(fēng)電場(chǎng)自控子站，通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠清晰的了解到風(fēng)電機(jī)組能量情況，從而對(duì)電站的設(shè)備等運(yùn)行進(jìn)行有效的、合理的管控。

此外，在進(jìn)行風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)布置設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng)：（1）確保電壓高度保護(hù)、頻率和低電壓間的相互協(xié)調(diào)，以及其與電機(jī)網(wǎng)絡(luò)保持相對(duì)協(xié)調(diào)。（2）確保風(fēng)電機(jī)組保護(hù)程序與要連接的電機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高度協(xié)調(diào)。（3）將機(jī)組中的主控值、變流器值控制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。（4）為了確保風(fēng)電機(jī)組的正常、穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)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(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理的研究與改善，從而使得整個(gè)風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)能夠處于穩(wěn)定、安全運(yùn)行狀態(tài)下。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為妥善解決能源與資源短缺問(wèn)題，推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，相關(guān)企業(yè)與單位必須不斷提升自身風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，并且還要對(duì)風(fēng)能資源進(jìn)行有效的利用，從而推動(dòng)我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。此外，還需準(zhǔn)確分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)故障發(fā)生的原因，并采取針對(duì)性措施，不斷強(qiáng)化風(fēng)電場(chǎng)安全管理，以保證風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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