產生風電機組脫網的原因及相關問題研究

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1 引言

在新能源結構調整戰略下,風電產業進入到快速發展時期。大規模風電機組并網過程中經常出現脫網故障,給電力安全和經濟效益帶來不利影響。為此對風電機組脫網原因進行分析研究是十分必要的。

2 風電場安全運行問題

風電基地中風電場集中接入電網過程中,由于聯網通道不完善,常規電源和下級電網薄弱,導致入網過程中電壓控制困難,運行過程中出現較大的波動。而風電場內部或電力系統因短路故障會導致電壓跌落,風電機組脫網事故經常發生。

3 風電場機組脫網故障及原因

風電場機組脫網故障既可能是單獨脫網,還可能使連鎖性脫網。無論是哪種脫網都會有電壓大幅度波動的異常表現。機組脫網時,風電場匯集線發生相間短路故障,系統電壓瞬間降低,而風電機組不具備低電壓穿越能力而產生脫網故障。在機組脫網后,由于系統出現大量過剩無功功率,無功補償裝置無法快速進行調整,大量富余無功補償容量仍在網運行,引起系統電壓升高,風電場機組由于電壓保護動作而被切除,導致多個風電機組脫網故障。

分析原因如下:由于風電場采用的是手動控制無功補償,這種無功補償控制方式很容易出現問題,當無功電壓調整不及時就會給系統電壓帶來影響,通常會造成電壓過低的情況。例如,風電場通過調整場內升壓變壓器分接頭來提高35kv母線電壓,此時沒有通過無功補償裝置自動調節來控制電壓。當系統220kv和110kv電壓偏低時,35kv母線電壓正常;如果風電場通過投入容性無功補償容量來提高電壓時,35kv母線電壓升高,如果沒有將場內升壓變壓器分接頭及時調回,那么機組在電壓保護裝置下被自動切除,這樣就造成機組脫網。還有一個原因是當機組保護裝置設置的保護參數范圍較窄的情況下,對應的變頻器保護裝置參數設置的保護范圍就更嚴格。因此,一旦風電機組端電壓超出設置的電壓保護范圍值就會造成脫網故障。此外,風電場無功補償裝置配置與風電場機組運行情況不符合,導致風電場動態無功調節不及時,引起事故后灰機系統電壓升高,是造成風電機組脫網故障的又一原因。

4 解決對策

首先,對風電場機組進行升級,使風電機組能夠具備低電壓穿越能力。國家能源部門針對風電機組設備的這一性能提出了明確要求。風電機組并網必須具備合格的低電壓穿越能力,并網前應完成低電壓穿越能力的調試和現場檢測工作,并相電力監管部門提交真實的專業檢測驗證報告。風電場對低電壓穿越能力不合格的機組加快改造,改造后進行調試和檢測,確保風電場所有機組都能過符合規定,在源頭上為風電機組防脫網故障奠定良好條件。

其次,對風電場無功補償裝置的參數配置情況進行優化設置。風電場動態無功補償裝置的容量配置必須具備風電機組響應速率的要求。對動態無功補償裝置的性能進行分析,從可連續輸出的容性范圍、感性無功容量大小等方面進行調研,在對無功補償裝置進行參數設置的過程中,工作人員應根據無功分層分區平衡的原則進行設置,尤其是確定好無功補償裝置的調解響應時間,這樣才能發揮出無功補償的自動調整作用,能夠在緊急狀況下對異常支路進行快速投切。在系統正常情況下,無功補償裝置能夠平抑系統電壓波動;在電網發生故障的情況下如并網點電壓出現跌落的情況時,無功補償裝置應能夠對電壓快速調整。無功補償裝置必須能夠與風電機組的高電壓穿越能力相匹配,避免風電機組高壓脫網。對風電場中不滿足生產實際需求的無功補償裝置進行性能配置的升級,加快完成整改。

其三,提升風電場機組適應電網的能力。對風電場機組的主控裝置參數設置、變流器參數設置進行檢查,確保上述裝置參數設置與低電壓穿越能力相配合。在一些關鍵的參數設置上,如頻率保護、過電壓或低電壓保護等參數設置上,要綜合考慮,使保護裝置能夠發揮出合理的保護性能,同時也提升風電場機組的適應性能。檢查風電場升壓變壓器、箱式變壓器分接頭位置,確保分接頭相互配合。通過對風電場機組設備裝置的參數優化設置,保證風電場并網點電壓和機端電壓保持正常范圍,避免系統電壓波動,造成脫網故障。

其四,采用自動電壓控制系統,避免風電匯集地區電壓波動。針對傳統的人工無功補償調節控制的方式進行升級,根據風電大規模匯集地區的實際運維情況,采用自動電壓控制系統更好地滿足無功電壓控制需求,保障風電機組正常運行。自動電壓控制系統將調度控制站和風電場各個站點聯系起來,能夠根據風電場生產情況對無功補償裝置進行配置,使其與風電機組的無功出力情況相協調,起到優化風電場運行電壓,避免電壓波動的作用。通過采用自動電壓控制系統,將風電匯集站和風電場無功補償裝置進行協調管理,對風電匯集區域電壓波動進行有效抑制,避免風電機組脫網故障出現。

其五,對小電流接地系統進行完善和優化。對風電場匯集系統中的小電流充當著重要的輔助作用。對風電場匯集系統中的35kv、10kv小電流接地系統進行完善,確保在發生單相故障時能夠快速切除,將電力故障范圍減小到最低。

5 結語

風電產業的發展是大勢所趨。近年來隨著風電裝機規模增大,風電生產設備運維面臨更高的要求。在風電場集中接入電網的過程中經常會發生機組脫網故障,這一問題是阻礙電廠運維安全和經營效益的重要問題之一。為了更穩健地實現風電生產管理目標,對風電機組脫網原因進行分析,從脫網的故障表現,設備性能參數設置等技術方面進行研究,并結合風電場機組運行管理需求,提出了系列方法對策。通過探索和實踐多種機組脫網的策略,保障系統電壓平穩性,解決機組脫網問題,提升風電場生產運維技術整體水平,推動電廠順利實現風電生產運維目標。