大規模風電機組脫網原因分析及對策探討

王輝

摘 要 風電機組是電力系統中非常重要的組成部分，目前，隨著風電機組大規模并網的發展，機組在運作過程經常出現脫網等故障，這對整個電力系統的技術指標及安全性造成了非常嚴重的影響，為了促進電力系統的安全及可靠運行，筆者結合工作經驗，主要就大規模風電機組脫網原因及對策展開相關論述。

關鍵詞 風電機組；脫網；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，隨著我國科學技術的迅速發展，電力行業也得到了一定發展，風電作為一種清潔能源，深受人們喜愛，并在在電力系統中得到了越來越廣泛的應用。目前，許多風電機組都是以大規模的并聯方式運行，這樣當一個設備出現脫網等故障后，機組中其他設備的運行就會受到影響，從而會對整個電力系統的正常供電產生一定威脅。因此，為了促進供電的穩定性，必須對大規模風電機組的脫網現象引起重視。本文以部分地區大規模風電機組的脫網現象為例，進行以下相關分析。

1 大規模風電機組脫網原因分析

現以某次大面積脫網為例，從風機及電網電壓的波動在脫網時的情況作相關分析。

1.1 故障的發生過程

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，許多機組都出現了脫網現象，有的機組則是在電壓升高的過程中，因保護動作而發生脫網。

1.2 故障的發生原因

如果機組處于正常的運行狀態，那么從并網點方面而言，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。故障在發生的過程中，通常會經過以下3個階段。

1）第1個階段：電網中的電壓受到外部短路故障的影響后出現快速跌落現象，有的風場中的風電機組因對低電壓不具備一定的穿越能力而被迫退出系統的運行，有的電網局部有功出力出現快速降低。

2）第2個階段：電網中的電壓在短路故障被切除后出現逐漸恢復，風電場的固定式無功補償設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。此時雖然能夠對SVG、MCR以及SVC等無功設備進行調節，但是二者對時間常數的調整是不同的。調整過程中，如果缺乏一定的響應時間，那么受到電壓高低變換的影響，電壓的可靠性及穩定性就會受到威脅。

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急劇震蕩及升高現象。有的裝置能夠對低電壓進行有效穿越，但是沒有在低電壓中發生脫網的機組會因電壓進一步升高而發生脫網現象，從而又會導致無功過剩，從而會使機組出現故障。

2 大規模風電機組脫網原因的應對措施

2.1 增強風電場動態無功補償裝置的性能

風電場應結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，如果風電場的動態無功調節能力不符合相關標準，應及時采取有效措施進行整改。對于動態無功補償裝置可感性無功容量以及可輸出的最大容性，應嚴格按照無功分層分區平衡原則并結合專題分析進行有效確定，一般而言，應把動態調節的響應時間空在30 ms以內。而對于無功補償裝置中的動態部分，則應使其以自動方式進行調節，此外，應使電抗器及電容器支路具備在緊急或突發狀況下實現正確而快速的投切功能。另一方面，應使裝置的響應速度和風電機組高電壓穿越能力進行有效配合，這樣對相關裝置進行調節時，才能使風電機組不會因高電壓而發生脫網現象，從而保證整個電網供電的穩定性。

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的適應能力

1）通過對相關風電機組的脫網故障進行分析可知，電網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脫網現象，那么當電壓在瞬間出現升高現象時，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。

2）對風電場進行控制與管理的過程中，應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化與調整，以使二者的分接頭處于一個相互配合的狀態。這樣就能使風電場中機端電壓及并網點電壓都處于正常范圍內，從而使風電機組更好地適應系統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脫網現象。

2.3 在風電匯集地區建立電壓自動控制系統，加強對風電涉網的管理

1）建立電壓自動控制系統。風電大規模匯集地區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定運行，應建立電壓自動控制系統，此系統主要包括調度端自動控制主站和風電場自動控制子站兩部分，系統可根據風電出力的具體情況對變電站無功補償、無功補償設備等進行合理控制與管理，從而可使風電匯集地區中的運行電壓得到一定優化，進而可有效避免風電機組發生脫網現象。

2）增強風電涉網管理與保護。對風電涉網進行布置時，應注意以下幾點：一是要使風機保護和所接入的電網相互協調；二是過電壓保護、頻率保護、低電壓保護應和電網保護相互協調；三是風電機組中的變流器定值、主控定值則應和低電壓的穿越功能相互配合；四是要把并網點的電壓控制在0.9～1.1倍額定電壓內，以使風電場內的并網機組能夠穩定而連續運行。

2.4 加大風電場匯集系統小電流接地系統的研究

風電場要結合自身的具體情況對匯集系統的10 kV和35 kV小電流接地系統進行深入研究，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，這樣才能對脫網故障而引起的故障進行有效控制，從而才能促進整個電網系統的安全運行。

3 結束語

對電力企業的發展而言，大規模風電基地的建設有著非常重要的意義，風電機組以并聯的方式運行，能使電網的工作效率得到一定提高，但是一旦機組中的某設備發生故障，通常都會對整個電網的正常運行產生影響，因此，必須對大規模風電機組加強管理。本文結合大規模風電機組脫網的原因，提出了相關的應對措施，以此為大規模風電機組的管理提供參考。

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