论文部分内容阅读
摘 要 风电机组是电力系统中非常重要的组成部分，目前，随着风电机组大规模并网的发展，机组在运作过程经常出现脱网等故障，这对整个电力系统的技术指标及安全性造成了非常严重的影响，为了促进电力系统的安全及可靠运行，笔者结合工作经验，主要就大规模风电机组脱网原因及对策展开相关论述。
关键词 风电机组；脱网；原因；对策
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0142-01
近几年来，随着我国科学技术的迅速发展，电力行业也得到了一定发展，风电作为一种清洁能源，深受人们喜爱，并在在电力系统中得到了越来越广泛的应用。目前，许多风电机组都是以大规模的并联方式运行，这样当一个设备出现脱网等故障后，机组中其他设备的运行就会受到影响，从而会对整个电力系统的正常供电产生一定威胁。因此，为了促进供电的稳定性，必须对大规模风电机组的脱网现象引起重视。本文以部分地区大规模风电机组的脱网现象为例，进行以下相关分析。
1 大规模风电机组脱网原因分析
现以某次大面积脱网为例，从风机及电网电压的波动在脱网时的情况作相关分析。
1.1 故障的发生过程
事故前，220 kV线路中额定相电压和相电压为分别为128 kV和131.1 kV，电压从此开始跌落（每时刻速度为0 ms），以下为其变化过程：到50ms时，跌到0.35Un（额定电压），然后又开始往上升，到180 ms时，又恢复到正常水平，接着又开始上升到1.22Un，9400 ms时，然后又恢复到1.13Un。
风力发电机组中的电压和线路中电压的波动情况相同，但是风机对精度的几率较差，无法把电压瞬时跌落时的最低电压值进行有效记录。风机端电压的最高幅值为930 V，在电压跌落的过程中，许多机组都出现了脱网现象，有的机组则是在电压升高的过程中，因保护动作而发生脱网。
1.2 故障的发生原因
如果机组处于正常的运行状态，那么从并网点方面而言，全场的无功情况都是平衡的，其和送出线路之间的无功交换是比较少的。故障在发生的过程中，通常会经过以下3个阶段。
1）第1个阶段：电网中的电压受到外部短路故障的影响后出现快速跌落现象，有的风场中的风电机组因对低电压不具备一定的穿越能力而被迫退出系统的运行，有的电网局部有功出力出现快速降低。
2）第2个阶段：电网中的电压在短路故障被切除后出现逐渐恢复，风电场的固定式无功补偿设备还没有完全退出运行，而当电压逐渐恢复后，其又开始输出无功功率。此时虽然能够对SVG、MCR以及SVC等无功设备进行调节，但是二者对时间常数的调整是不同的。调整过程中，如果缺乏一定的响应时间，那么受到电压高低变换的影响，电压的可靠性及稳定性就会受到威胁。
3）第3个阶段：电路中的电流随着有功的减少而有所减少，于是变压器和线路等装置所消耗的无功也发生了巨大变化，而无功补偿装置的投入是不变的，这样线路中的电压就会很容易出现急剧震荡及升高现象。有的装置能够对低电压进行有效穿越，但是没有在低电压中发生脱网的机组会因电压进一步升高而发生脱网现象，从而又会导致无功过剩，从而会使机组出现故障。
2 大规模风电机组脱网原因的应对措施
2.1 增强风电场动态无功补偿装置的性能
风电场应结合自身的具体情况对无功补偿装置的性能及配置情况进行详细而全面的检查，如果风电场的动态无功调节能力不符合相关标准，应及时采取有效措施进行整改。对于动态无功补偿装置可感性无功容量以及可输出的最大容性，应严格按照无功分层分区平衡原则并结合专题分析进行有效确定，一般而言，应把动态调节的响应时间空在30 ms以内。而对于无功补偿装置中的动态部分，则应使其以自动方式进行调节，此外，应使电抗器及电容器支路具备在紧急或突发状况下实现正确而快速的投切功能。另一方面，应使装置的响应速度和风电机组高电压穿越能力进行有效配合，这样对相关装置进行调节时，才能使风电机组不会因高电压而发生脱网现象，从而保证整个电网供电的稳定性。
2.2 保证风电机组的低电压穿越能力，提高风电机组对电网的适应能力
1）通过对相关风电机组的脱网故障进行分析可知，电网及机端电压的上升幅度通常为1.2～1.3Un，如果大部分机组对高电压的穿越能力都高于这个范围，那么即使有的机组因超出低电压穿越范围或因不具备低电压穿越能力而出现脱网现象，那么当电压在瞬间出现升高现象时，这部分机组通常都能使自身的有功及无功达到有效平衡，因此，能对整个电网的电压进行有效控制，必须保证风电机组的低电压穿越能力符合相关要求。
2）对风电场进行控制与管理的过程中，应使风电机组的主控定值、变流器定值和低电压的穿越能力相配合，并对整个风电场中箱式变压器及升压变压器的分接头位置进行有效优化与调整，以使二者的分接头处于一个相互配合的状态。这样就能使风电场中机端电压及并网点电压都处于正常范围内，从而使风电机组更好地适应系统正常电压的波动情况，进而有效防止或减少风电机组在运行过程中出现脱网现象。
2.3 在风电汇集地区建立电压自动控制系统，加强对风电涉网的管理
1）建立电压自动控制系统。风电大规模汇集地区对无功电压的控制有较高要求，因此，为了保证风电机组的稳定运行，应建立电压自动控制系统，此系统主要包括调度端自动控制主站和风电场自动控制子站两部分，系统可根据风电出力的具体情况对变电站无功补偿、无功补偿设备等进行合理控制与管理，从而可使风电汇集地区中的运行电压得到一定优化，进而可有效避免风电机组发生脱网现象。
2）增强风电涉网管理与保护。对风电涉网进行布置时，应注意以下几点：一是要使风机保护和所接入的电网相互协调；二是过电压保护、频率保护、低电压保护应和电网保护相互协调；三是风电机组中的变流器定值、主控定值则应和低电压的穿越功能相互配合；四是要把并网点的电压控制在0.9～1.1倍额定电压内，以使风电场内的并网机组能够稳定而连续运行。
2.4 加大风电场汇集系统小电流接地系统的研究
风电场要结合自身的具体情况对汇集系统的10 kV和35 kV小电流接地系统进行深入研究，使其更加完善，此外，需注意的是，必须要使其对风电场中的汇集线单相故障具有快速切除的能力，这样才能对脱网故障而引起的故障进行有效控制，从而才能促进整个电网系统的安全运行。
3 结束语
对电力企业的发展而言，大规模风电基地的建设有着非常重要的意义，风电机组以并联的方式运行，能使电网的工作效率得到一定提高，但是一旦机组中的某设备发生故障，通常都会对整个电网的正常运行产生影响，因此，必须对大规模风电机组加强管理。本文结合大规模风电机组脱网的原因，提出了相关的应对措施，以此为大规模风电机组的管理提供参考。
参考文献
[1]张丽英，叶廷路，辛耀中，等.大规模风电接入电网的相关问题及措施[J].中国电机工程学报，2010（25）：184-185.
[2]叶希，鲁宗相，乔颖，等.大规模风电机组连锁脱网事故机理初探[J].电力系统自动化，2012（8）：162-163.
[3]秦睿，曹银利，黄葆文，等.一起电缆故障引起的大规模风电机组脱网事故[J].电力安全技术，2011（12）：174-175.
[4]何世恩，董新洲.大规模风电机组脱网原因分析及对策[J].电力系统保护与控制，2012（1）：151-152.
[5]杨金刚，吴林林，刘辉，等.大规模风电汇集地区风电机组高电压脱网机理[J].中国电力，2013（5）：154-155.
[6]闫忠平，刘汉民，雷为民，等.风电机组大范围脱网原因分析及对策[J].华北电力技术，2011（12）：121-122.
关键词 风电机组；脱网；原因；对策
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0142-01
近几年来，随着我国科学技术的迅速发展，电力行业也得到了一定发展，风电作为一种清洁能源，深受人们喜爱，并在在电力系统中得到了越来越广泛的应用。目前，许多风电机组都是以大规模的并联方式运行，这样当一个设备出现脱网等故障后，机组中其他设备的运行就会受到影响，从而会对整个电力系统的正常供电产生一定威胁。因此，为了促进供电的稳定性，必须对大规模风电机组的脱网现象引起重视。本文以部分地区大规模风电机组的脱网现象为例，进行以下相关分析。
1 大规模风电机组脱网原因分析
现以某次大面积脱网为例，从风机及电网电压的波动在脱网时的情况作相关分析。
1.1 故障的发生过程
事故前，220 kV线路中额定相电压和相电压为分别为128 kV和131.1 kV，电压从此开始跌落（每时刻速度为0 ms），以下为其变化过程：到50ms时，跌到0.35Un（额定电压），然后又开始往上升，到180 ms时，又恢复到正常水平，接着又开始上升到1.22Un，9400 ms时，然后又恢复到1.13Un。
风力发电机组中的电压和线路中电压的波动情况相同，但是风机对精度的几率较差，无法把电压瞬时跌落时的最低电压值进行有效记录。风机端电压的最高幅值为930 V，在电压跌落的过程中，许多机组都出现了脱网现象，有的机组则是在电压升高的过程中，因保护动作而发生脱网。
1.2 故障的发生原因
如果机组处于正常的运行状态，那么从并网点方面而言，全场的无功情况都是平衡的，其和送出线路之间的无功交换是比较少的。故障在发生的过程中，通常会经过以下3个阶段。
1）第1个阶段：电网中的电压受到外部短路故障的影响后出现快速跌落现象，有的风场中的风电机组因对低电压不具备一定的穿越能力而被迫退出系统的运行，有的电网局部有功出力出现快速降低。
2）第2个阶段：电网中的电压在短路故障被切除后出现逐渐恢复，风电场的固定式无功补偿设备还没有完全退出运行，而当电压逐渐恢复后，其又开始输出无功功率。此时虽然能够对SVG、MCR以及SVC等无功设备进行调节，但是二者对时间常数的调整是不同的。调整过程中，如果缺乏一定的响应时间，那么受到电压高低变换的影响，电压的可靠性及稳定性就会受到威胁。
3）第3个阶段：电路中的电流随着有功的减少而有所减少，于是变压器和线路等装置所消耗的无功也发生了巨大变化，而无功补偿装置的投入是不变的，这样线路中的电压就会很容易出现急剧震荡及升高现象。有的装置能够对低电压进行有效穿越，但是没有在低电压中发生脱网的机组会因电压进一步升高而发生脱网现象，从而又会导致无功过剩，从而会使机组出现故障。
2 大规模风电机组脱网原因的应对措施
2.1 增强风电场动态无功补偿装置的性能
风电场应结合自身的具体情况对无功补偿装置的性能及配置情况进行详细而全面的检查，如果风电场的动态无功调节能力不符合相关标准，应及时采取有效措施进行整改。对于动态无功补偿装置可感性无功容量以及可输出的最大容性，应严格按照无功分层分区平衡原则并结合专题分析进行有效确定，一般而言，应把动态调节的响应时间空在30 ms以内。而对于无功补偿装置中的动态部分，则应使其以自动方式进行调节，此外，应使电抗器及电容器支路具备在紧急或突发状况下实现正确而快速的投切功能。另一方面，应使装置的响应速度和风电机组高电压穿越能力进行有效配合，这样对相关装置进行调节时，才能使风电机组不会因高电压而发生脱网现象，从而保证整个电网供电的稳定性。
2.2 保证风电机组的低电压穿越能力，提高风电机组对电网的适应能力
1）通过对相关风电机组的脱网故障进行分析可知，电网及机端电压的上升幅度通常为1.2～1.3Un，如果大部分机组对高电压的穿越能力都高于这个范围，那么即使有的机组因超出低电压穿越范围或因不具备低电压穿越能力而出现脱网现象，那么当电压在瞬间出现升高现象时，这部分机组通常都能使自身的有功及无功达到有效平衡，因此，能对整个电网的电压进行有效控制，必须保证风电机组的低电压穿越能力符合相关要求。
2）对风电场进行控制与管理的过程中，应使风电机组的主控定值、变流器定值和低电压的穿越能力相配合，并对整个风电场中箱式变压器及升压变压器的分接头位置进行有效优化与调整，以使二者的分接头处于一个相互配合的状态。这样就能使风电场中机端电压及并网点电压都处于正常范围内，从而使风电机组更好地适应系统正常电压的波动情况，进而有效防止或减少风电机组在运行过程中出现脱网现象。
2.3 在风电汇集地区建立电压自动控制系统，加强对风电涉网的管理
1）建立电压自动控制系统。风电大规模汇集地区对无功电压的控制有较高要求，因此，为了保证风电机组的稳定运行，应建立电压自动控制系统，此系统主要包括调度端自动控制主站和风电场自动控制子站两部分，系统可根据风电出力的具体情况对变电站无功补偿、无功补偿设备等进行合理控制与管理，从而可使风电汇集地区中的运行电压得到一定优化，进而可有效避免风电机组发生脱网现象。
2）增强风电涉网管理与保护。对风电涉网进行布置时，应注意以下几点：一是要使风机保护和所接入的电网相互协调；二是过电压保护、频率保护、低电压保护应和电网保护相互协调；三是风电机组中的变流器定值、主控定值则应和低电压的穿越功能相互配合；四是要把并网点的电压控制在0.9～1.1倍额定电压内，以使风电场内的并网机组能够稳定而连续运行。
2.4 加大风电场汇集系统小电流接地系统的研究
风电场要结合自身的具体情况对汇集系统的10 kV和35 kV小电流接地系统进行深入研究，使其更加完善，此外，需注意的是，必须要使其对风电场中的汇集线单相故障具有快速切除的能力，这样才能对脱网故障而引起的故障进行有效控制，从而才能促进整个电网系统的安全运行。
3 结束语
对电力企业的发展而言，大规模风电基地的建设有着非常重要的意义，风电机组以并联的方式运行，能使电网的工作效率得到一定提高，但是一旦机组中的某设备发生故障，通常都会对整个电网的正常运行产生影响，因此，必须对大规模风电机组加强管理。本文结合大规模风电机组脱网的原因，提出了相关的应对措施，以此为大规模风电机组的管理提供参考。
参考文献
[1]张丽英，叶廷路，辛耀中，等.大规模风电接入电网的相关问题及措施[J].中国电机工程学报，2010（25）：184-185.
[2]叶希，鲁宗相，乔颖，等.大规模风电机组连锁脱网事故机理初探[J].电力系统自动化，2012（8）：162-163.
[3]秦睿，曹银利，黄葆文，等.一起电缆故障引起的大规模风电机组脱网事故[J].电力安全技术，2011（12）：174-175.
[4]何世恩，董新洲.大规模风电机组脱网原因分析及对策[J].电力系统保护与控制，2012（1）：151-152.
[5]杨金刚，吴林林，刘辉，等.大规模风电汇集地区风电机组高电压脱网机理[J].中国电力，2013（5）：154-155.
[6]闫忠平，刘汉民，雷为民，等.风电机组大范围脱网原因分析及对策[J].华北电力技术，2011（12）：121-122.