大規模風電機組脫網原因分析及對策

中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司 吳 劍

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大規模風電機組脫網原因分析及對策

中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司 吳 劍

【摘要】近年來，隨著我國清潔能源的快速發展，已呈現風力發電機組大規模并網態勢，在機組運行過程中，脫網等故障時有發生，電力系統安全性、穩定性和可靠性受到嚴重影響。本文以某企業大規模風電機組脫網故障為例，分析了脫網故障發生的原因，并提出了一些相對應的建議，以期推動電力系統的安全、可靠運行。

【關鍵詞】大規模風電機組；脫網；原因；對策

0 引言

風能資源是一種清潔、環保、無污染的綠色能源，其具有較大開發利用潛力，能夠有效推動我國能源資源的可持續開發。現階段，國家也越來越重視風電產業的建設與發展，并且出臺了一系列政策扶持。在風力發電機組運行過程中，由于風力發電間歇性、不穩定性等特點，易發生如大規模風電機組脫網等故障。

1 大規模風電機組脫網故障及其原因分析

（1）某110kV中某回線故障跳閘，線路重合成功后，附近四個風力發電場多臺風電機組出現脫網故障。主要原因：三個風電場風電機組低電壓穿越未通過相關實驗，致使部分運行風電機組出現脫網。同時，另一個風力發電場的低壓穿越功能已經通過了實驗的確認并且已經投入運行中，但因為實驗確認是在平原區域進行的，導致高原地區的風電機組依舊有少數無法滿足20%額定電壓持續運行625ms的要求。

（2）某110kV線因遭受雷擊出現跳閘故障，導致某風力發電場33臺機組均出現脫網停機故障。在圖1中，紅線為規范要求的風電機組切除曲線，在紅線上方，不允許風電機組脫網；在紅線下方，允許風電機組從電網切除。圖中藍線為本次電壓波動曲線（C相）。在72ms處，對側斷路器已經跳閘，由于風電機組未脫網，使C相電壓由23%又上升到50%，此后1000ms內，由50%緩慢下降至0，超過了低電壓穿越曲線允許的范圍，故風電機組脫網。通過圖1可知，風電機組在低電壓穿越過程中依舊提供了1s左右的電壓支撐。此次脫網故障主要原因在于：110kV線路重合閘時間超過風電機組低電壓穿越的允許范圍。

圖1 電網故障引發的電壓跌落示意圖

（3）某風電場風電機組箱變高壓側B相電纜終端頭被擊穿，導致該線路35kV斷路器出現跳閘現象，之后其所對應的風電機組發生了脫網故障，同時，非故障線路中也有8臺風電機組出現了脫網故障。主要原因在于：風機廠家現場維護人員未升級風電機組軟件控制版本，使得各風機對應的IGBT過壓保護閥值存在較大的差異。在此項事故中，當脫網風電機組在低電壓穿越時，直流母線上的電壓已經超過了IGBT的過壓保護閾值1340V，而其他未脫網風電機組的此項數值設置為1440V。

（4）當某風力發電場的主網電壓發生較小范圍的變化情況時，有7臺風電機組未能成功實現低電壓穿越而脫網停機。主要原因在于脫網風電機組的低電壓穿越參數設置的不合理而導致的，再加上其低電壓脫機的門檻值設置高于南網標準，延時低于南網標準。根本原因是不同技術人員設置參數的差異而導致的。

2 大規模風電機組脫網問題解決對策分析

2.1 增強裝置的性能

對于風力發電場的檢查工作，首先需要對其自身條件、外部環境等時機情況對無功補償裝置的性能與配置等方面內容進行全面的、詳細的分析。此時，如果風電場的動態無功調節能力不符合相關標準，則應該及時采取一些有效的措施，以此來對其進行必要的整改。同時，對于動態的無功補償的裝置，其通常能夠輸出最大容性與可感性的無功容量，但需要遵循無功分層與平衡原則，并且還要充分結合相關專題進行仔細的分析，以確保動態的無功補償的裝置的有效性。

通常情況下，對于動態調節相應時間，應當確保其處于30ms范圍內。但對于無功補償的裝置中的動態部分，應當使其以用自動的方式來進行自我調節。對于電容器與電抗器支路裝備，應當確保其具備在突發狀況與緊急情況下能夠實快速、準確進行投切的功能。此外，對于機組高電壓穿越能力與裝置的響應速度，也需要對進行有效的配合與調控。

2.2 提高風電機組的適應能力

通過風力發電機組脫網故障分析可以發現，電網與機組兩端電壓的上升范圍通常處于1.2～1.3Un范圍內，此時，如果大部分風電機組的高電壓穿越能力均超過了此數值，即便一些風電機組由于超過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了脫網故障，則當電壓出現瞬間升高情況時，則這些風電機組通常能夠通過自身的調節作用，恢復其有功與無功之間的平衡狀態。通過實施上述措施，可有效控制風電場整體電壓情況，但需要保證風電場機組低電壓穿越能力滿足相關要求。

除此之外，在風電場管理與控制過程中，需要有效融合風電機組主控、變流器定值、低電壓穿越能力，并且還要及時的調整、優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高度配合的狀態，以確保整體風電場機組兩端電壓與網點電壓處于正常范圍內。此情況下，在系統正常運行情況下，風電機組能夠更好的使用電壓跳躍情況，進而可有效防止、減少機組正常運行過程中脫網故障的發生。

2.3 構建自控電壓的系統

通過相關研究結果可知，大規模風電匯集地區對電壓自動控制的要求通常較高，為了保證風電機組的穩定、安全運行，應當構建自控電壓系統，此類系統主要包括節端自控主站與風電場自控子站，通過該系統的應用，能夠清晰的了解到風電機組能量情況，從而對電站的設備等運行進行有效的、合理的管控。

此外，在進行風電網絡布置設計工作時，應當注意以下事項：（1）確保電壓高度保護、頻率和低電壓間的相互協調，以及其與電機網絡保持相對協調。（2）確保風電機組保護程序與要連接的電機網絡的高度協調。（3）將機組中的主控值、變流器值控制在相關標準允許的范圍內。（4）為了確保風電機組的正常、穩定運行，應當將電壓控制在一定倍數的額定電壓范圍內，并且還要在充分考慮機組實際運行情況的基礎上，對系統進行合理的研究與改善，從而使得整個風電機組系統能夠處于穩定、安全運行狀態下。

3 結語

綜上所述，為妥善解決能源與資源短缺問題，推動低碳經濟的進一步發展，相關企業與單位必須不斷提升自身風力發電技術，并且還要對風能資源進行有效的利用，從而推動我國風電產業的持續發展。此外，還需準確分析風力發電機組脫網故障發生的原因，并采取針對性措施，不斷強化風電場安全管理，以保證風電機組的安全運行。

參考文獻

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