产生风电机组脱网的原因及相关问题研究

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1 引言

在新能源结构调整战略下,风电产业进入到快速发展时期。大规模风电机组并网过程中经常出现脱网故障,给电力安全和经济效益带来不利影响。为此对风电机组脱网原因进行分析研究是十分必要的。

2 风电场安全运行问题

风电基地中风电场集中接入电网过程中,由于联网通道不完善,常规电源和下级电网薄弱,导致入网过程中电压控制困难,运行过程中出现较大的波动。而风电场内部或电力系统因短路故障会导致电压跌落,风电机组脱网事故经常发生。

3 风电场机组脱网故障及原因

风电场机组脱网故障既可能是单独脱网,还可能使连锁性脱网。无论是哪种脱网都会有电压大幅度波动的异常表现。机组脱网时,风电场汇集线发生相间短路故障,系统电压瞬间降低,而风电机组不具备低电压穿越能力而产生脱网故障。在机组脱网后,由于系统出现大量过剩无功功率,无功补偿装置无法快速进行调整,大量富余无功补偿容量仍在网运行,引起系统电压升高,风电场机组由于电压保护动作而被切除,导致多个风电机组脱网故障。

分析原因如下:由于风电场采用的是手动控制无功补偿,这种无功补偿控制方式很容易出现问题,当无功电压调整不及时就会给系统电压带来影响,通常会造成电压过低的情况。例如,风电场通过调整场内升压变压器分接头来提高35kv母线电压,此时没有通过无功补偿装置自动调节来控制电压。当系统220kv和110kv电压偏低时,35kv母线电压正常;如果风电场通过投入容性无功补偿容量来提高电压时,35kv母线电压升高,如果没有将场内升压变压器分接头及时调回,那么机组在电压保护装置下被自动切除,这样就造成机组脱网。还有一个原因是当机组保护装置设置的保护参数范围较窄的情况下,对应的变频器保护装置参数设置的保护范围就更严格。因此,一旦风电机组端电压超出设置的电压保护范围值就会造成脱网故障。此外,风电场无功补偿装置配置与风电场机组运行情况不符合,导致风电场动态无功调节不及时,引起事故后灰机系统电压升高,是造成风电机组脱网故障的又一原因。

4 解决对策

首先,对风电场机组进行升级,使风电机组能够具备低电压穿越能力。国家能源部门针对风电机组设备的这一性能提出了明确要求。风电机组并网必须具备合格的低电压穿越能力,并网前应完成低电压穿越能力的调试和现场检测工作,并相电力监管部门提交真实的专业检测验证报告。风电场对低电压穿越能力不合格的机组加快改造,改造后进行调试和检测,确保风电场所有机组都能过符合规定,在源头上为风电机组防脱网故障奠定良好条件。

其次,对风电场无功补偿装置的参数配置情况进行优化设置。风电场动态无功补偿装置的容量配置必须具备风电机组响应速率的要求。对动态无功补偿装置的性能进行分析,从可连续输出的容性范围、感性无功容量大小等方面进行调研,在对无功补偿装置进行参数设置的过程中,工作人员应根据无功分层分区平衡的原则进行设置,尤其是确定好无功补偿装置的调解响应时间,这样才能发挥出无功补偿的自动调整作用,能够在紧急状况下对异常支路进行快速投切。在系统正常情况下,无功补偿装置能够平抑系统电压波动;在电网发生故障的情况下如并网点电压出现跌落的情况时,无功补偿装置应能够对电压快速调整。无功补偿装置必须能够与风电机组的高电压穿越能力相匹配,避免风电机组高压脱网。对风电场中不满足生产实际需求的无功补偿装置进行性能配置的升级,加快完成整改。

其三,提升风电场机组适应电网的能力。对风电场机组的主控装置参数设置、变流器参数设置进行检查,确保上述装置参数设置与低电压穿越能力相配合。在一些关键的参数设置上,如频率保护、过电压或低电压保护等参数设置上,要综合考虑,使保护装置能够发挥出合理的保护性能,同时也提升风电场机组的适应性能。检查风电场升压变压器、箱式变压器分接头位置,确保分接头相互配合。通过对风电场机组设备装置的参数优化设置,保证风电场并网点电压和机端电压保持正常范围,避免系统电压波动,造成脱网故障。

其四,采用自动电压控制系统,避免风电汇集地区电压波动。针对传统的人工无功补偿调节控制的方式进行升级,根据风电大规模汇集地区的实际运维情况,采用自动电压控制系统更好地满足无功电压控制需求,保障风电机组正常运行。自动电压控制系统将调度控制站和风电场各个站点联系起来,能够根据风电场生产情况对无功补偿装置进行配置,使其与风电机组的无功出力情况相协调,起到优化风电场运行电压,避免电压波动的作用。通过采用自动电压控制系统,将风电汇集站和风电场无功补偿装置进行协调管理,对风电汇集区域电压波动进行有效抑制,避免风电机组脱网故障出现。

其五,对小电流接地系统进行完善和优化。对风电场汇集系统中的小电流充当着重要的辅助作用。对风电场汇集系统中的35kv、10kv小电流接地系统进行完善,确保在发生单相故障时能够快速切除,将电力故障范围减小到最低。

5 结语

风电产业的发展是大势所趋。近年来随着风电装机规模增大,风电生产设备运维面临更高的要求。在风电场集中接入电网的过程中经常会发生机组脱网故障,这一问题是阻碍电厂运维安全和经营效益的重要问题之一。为了更稳健地实现风电生产管理目标,对风电机组脱网原因进行分析,从脱网的故障表现,设备性能参数设置等技术方面进行研究,并结合风电场机组运行管理需求,提出了系列方法对策。通过探索和实践多种机组脱网的策略,保障系统电压平稳性,解决机组脱网问题,提升风电场生产运维技术整体水平,推动电厂顺利实现风电生产运维目标。