大规模风电机组脱网原因分析及对策

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 吴 剑



大规模风电机组脱网原因分析及对策

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 吴 剑

【摘要】近年来，随着我国清洁能源的快速发展，已呈现风力发电机组大规模并网态势，在机组运行过程中，脱网等故障时有发生，电力系统安全性、稳定性和可靠性受到严重影响。本文以某企业大规模风电机组脱网故障为例，分析了脱网故障发生的原因，并提出了一些相对应的建议，以期推动电力系统的安全、可靠运行。

【关键词】大规模风电机组；脱网；原因；对策

0 引言

风能资源是一种清洁、环保、无污染的绿色能源，其具有较大开发利用潜力，能够有效推动我国能源资源的可持续开发。现阶段，国家也越来越重视风电产业的建设与发展，并且出台了一系列政策扶持。在风力发电机组运行过程中，由于风力发电间歇性、不稳定性等特点，易发生如大规模风电机组脱网等故障。

1 大规模风电机组脱网故障及其原因分析

（1）某110kV中某回线故障跳闸，线路重合成功后，附近四个风力发电场多台风电机组出现脱网故障。主要原因：三个风电场风电机组低电压穿越未通过相关实验，致使部分运行风电机组出现脱网。同时，另一个风力发电场的低压穿越功能已经通过了实验的确认并且已经投入运行中，但因为实验确认是在平原区域进行的，导致高原地区的风电机组依旧有少数无法满足20%额定电压持续运行625ms的要求。

（2）某110kV线因遭受雷击出现跳闸故障，导致某风力发电场33台机组均出现脱网停机故障。在图1中，红线为规范要求的风电机组切除曲线，在红线上方，不允许风电机组脱网；在红线下方，允许风电机组从电网切除。图中蓝线为本次电压波动曲线（C相）。在72ms处，对侧断路器已经跳闸，由于风电机组未脱网，使C相电压由23%又上升到50%，此后1000ms内，由50%缓慢下降至0，超过了低电压穿越曲线允许的范围，故风电机组脱网。通过图1可知，风电机组在低电压穿越过程中依旧提供了1s左右的电压支撑。此次脱网故障主要原因在于：110kV线路重合闸时间超过风电机组低电压穿越的允许范围。

图1 电网故障引发的电压跌落示意图

（3）某风电场风电机组箱变高压侧B相电缆终端头被击穿，导致该线路35kV断路器出现跳闸现象，之后其所对应的风电机组发生了脱网故障，同时，非故障线路中也有8台风电机组出现了脱网故障。主要原因在于：风机厂家现场维护人员未升级风电机组软件控制版本，使得各风机对应的IGBT过压保护阀值存在较大的差异。在此项事故中，当脱网风电机组在低电压穿越时，直流母线上的电压已经超过了IGBT的过压保护阈值1340V，而其他未脱网风电机组的此项数值设置为1440V。

（4）当某风力发电场的主网电压发生较小范围的变化情况时，有7台风电机组未能成功实现低电压穿越而脱网停机。主要原因在于脱网风电机组的低电压穿越参数设置的不合理而导致的，再加上其低电压脱机的门槛值设置高于南网标准，延时低于南网标准。根本原因是不同技术人员设置参数的差异而导致的。

2 大规模风电机组脱网问题解决对策分析

2.1 增强装置的性能

对于风力发电场的检查工作，首先需要对其自身条件、外部环境等时机情况对无功补偿装置的性能与配置等方面内容进行全面的、详细的分析。此时，如果风电场的动态无功调节能力不符合相关标准，则应该及时采取一些有效的措施，以此来对其进行必要的整改。同时，对于动态的无功补偿的装置，其通常能够输出最大容性与可感性的无功容量，但需要遵循无功分层与平衡原则，并且还要充分结合相关专题进行仔细的分析，以确保动态的无功补偿的装置的有效性。

通常情况下，对于动态调节相应时间，应当确保其处于30ms范围内。但对于无功补偿的装置中的动态部分，应当使其以用自动的方式来进行自我调节。对于电容器与电抗器支路装备，应当确保其具备在突发状况与紧急情况下能够实快速、准确进行投切的功能。此外，对于机组高电压穿越能力与装置的响应速度，也需要对进行有效的配合与调控。

2.2 提高风电机组的适应能力

通过风力发电机组脱网故障分析可以发现，电网与机组两端电压的上升范围通常处于1.2～1.3Un范围内，此时，如果大部分风电机组的高电压穿越能力均超过了此数值，即便一些风电机组由于超过了低电压穿越能力限制或是由于不具备低电压穿越能力而引发了脱网故障，则当电压出现瞬间升高情况时，则这些风电机组通常能够通过自身的调节作用，恢复其有功与无功之间的平衡状态。通过实施上述措施，可有效控制风电场整体电压情况，但需要保证风电场机组低电压穿越能力满足相关要求。

除此之外，在风电场管理与控制过程中，需要有效融合风电机组主控、变流器定值、低电压穿越能力，并且还要及时的调整、优化箱式于升压变压器的分接头的位置，从而使得两者的分接头的位置处于一个高度配合的状态，以确保整体风电场机组两端电压与网点电压处于正常范围内。此情况下，在系统正常运行情况下，风电机组能够更好的使用电压跳跃情况，进而可有效防止、减少机组正常运行过程中脱网故障的发生。

2.3 构建自控电压的系统

通过相关研究结果可知，大规模风电汇集地区对电压自动控制的要求通常较高，为了保证风电机组的稳定、安全运行，应当构建自控电压系统，此类系统主要包括节端自控主站与风电场自控子站，通过该系统的应用，能够清晰的了解到风电机组能量情况，从而对电站的设备等运行进行有效的、合理的管控。

此外，在进行风电网络布置设计工作时，应当注意以下事项：（1）确保电压高度保护、频率和低电压间的相互协调，以及其与电机网络保持相对协调。（2）确保风电机组保护程序与要连接的电机网络的高度协调。（3）将机组中的主控值、变流器值控制在相关标准允许的范围内。（4）为了确保风电机组的正常、稳定运行，应当将电压控制在一定倍数的额定电压范围内，并且还要在充分考虑机组实际运行情况的基础上，对系统进行合理的研究与改善，从而使得整个风电机组系统能够处于稳定、安全运行状态下。

3 结语

综上所述，为妥善解决能源与资源短缺问题，推动低碳经济的进一步发展，相关企业与单位必须不断提升自身风力发电技术，并且还要对风能资源进行有效的利用，从而推动我国风电产业的持续发展。此外，还需准确分析风力发电机组脱网故障发生的原因，并采取针对性措施，不断强化风电场安全管理，以保证风电机组的安全运行。

参考文献

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