浅议大规模风电机组脱网原因及对策

浅议大规模风电机组脱网原因及对策

朱志丹

（南瑞集团有限公司江苏省南京市210000）

摘要：风能作为一种无污染、环保、清洁的绿色能源，具备极大的经济社会价值和开发潜力，并能进一步改善我国能源供应的可持续性。现阶段，国家对于风电产业的发展和建设的重视程度越来越高，并且还出台了多种扶持政策。在实际生产运行过程中，因风力资源本身具有的不稳定性、间歇性的特征及风电机组设备故障等原因，存在着触发大规模风电机组脱网的风险，对大规模风电机组脱网原因及对策进行研究分析，具有重要的现实意义。

关键词：大规模；风电机组；脱网原因；对策

一、大规模风电机组脱网的原因分析

大规模风电机组脱网的原因主要有以下几个方面：

1.1对于风电机组来说，低电压穿越能力缺失将可能造成大规模风电机组脱网，这也是2011年上半年出现的大规模风电机组脱网问题重要原因。现阶段，不少风电机组缺乏低电压穿越能力，如果系统电压在额定电压的70%左右，就会出现机组脱网的问题。有一些风电场承诺具备低压穿越能力，但没有经过严格测试，同时也缺乏权威部门的检测，低压穿越能力难以保证。因此，一旦遇到电网低电压扰动，依然会发生机组脱网的现象。

1.2很多风电机组不具备足够的无功调节能力，也是大规模风电机组脱网原因之一。目前无功补偿装置的响应通常需要几分钟，远远不能满足电网运行的需求。在此情况下，如果风电机组发生了低电压穿越失败的问题，就会造成机组脱网的问题此时，系统电压会急剧上升，由于风电机组具有过电压保护的动作，也会随之而脱网，故障的范围就进一步扩大，造成机组大规模脱网问题的出现。目前，很多风电机组都没有动态无功调节的能力，都处于定功率因数的运行状态下。如果需要调整系统中的无功电压，就需要利用无功补偿装置。但是，绝大部分的无功补偿装置的容量万面达不到要求，在调节的速率万面也有待提高，无法满足电网维持正常运行的要求在快速调压万面，很多风电场中应用的是MCR型的无功补偿装置，这种装置也就是人们通常所说的磁抗电抗器，它的动态调节速率可以达到100ms以上，但是对于风电场的快速调压需求来说，这种速率也不能满足需要。此外，很多无功补偿装置在容量配置万面也不能达到要求，在无功调节万面缺乏连续性，调节的速度也较慢，不能满足风电机组无功调节的需要。

1.3现阶段很多风电机组不能很好地适应电网的需求，电网适应性较差，这也可能导致机组脱网的问题出现。这主要表现在以下两个万面：一是机组配置不能满足电网需要，在保护配置和定值整定万面不能满足电网运行需要。此外，很多机组本身就存在着质量问题，设备的性能和质量有待提高，在异常保护定值的设定万面也不够规范，过于重视机组本身的保护，而对系统的安全问题缺乏考虑，导致风电机组的涉网保护与电网保护相互冲突，这也会造成风电机组脱网。二是在变压器的安装上，风电场的升压变压器的接头位置不合理，不能与箱式变压器的接头位置相匹配。

1.4不能及时地对单项故障进行排除，这也会导致故障的扩大化，使脱网容量得到快速增加，影响着风电机组的正常运行。

1.5风电场建设及运行管理问题。现阶段，很多风电场建设的各环节中存在着各种问题，在建设与管理上不能达到常规电源的水平。例如，如果风电场在设计环节出现问题，在设计的要求以及标准上不够统一，就存在导致机组脱网的隐患。近年来，很多的机组脱网问题都源于设备设计问题。此外，很多工作人员的专业知识和技术能力还有待提高，没有充分了解风电场设备的维护要求，也不了解相关的保护配置，这也增加了机组脱网问题出现的频率。

二、大规模风电机组脱网问题的应对对策

2.1改进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而的检查，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。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，一般而高，应把动态调节的响应时间控制在30ms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。另一方而，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

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。

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，以使各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止常范围内，从而使风电机组更好地适应系统止常电压的波动情况，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，加强对风电涉网管理

2.3.1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沉对变电站无功补偿、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。

2.3.2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沉对汇集系统的10kV和35kV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，从而才能保证整个电力系统的安全运行。

结语

风电作为一种清洁能源，深受世界各国重视与喜爱，并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，这样当一台风机出现脱网等故障后，线路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，为了保证电力系统稳定运行，必须对大规模风电机组的脱网现象引起重视。

参考文献

[1]王辉.大规模风电机组脱网原因分析及对策探讨[J].硅谷,2014.

[2]饶成诚,王海云,王维庆等.基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究[J].电力系统保护与控制,2014