中國(guó)電力科學(xué)研究院: 如何避免大規(guī)模風(fēng)電機(jī)群脫網(wǎng)事故?

　　1、風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)問題不容忽視
　　隨著9個(gè)千萬千瓦風(fēng)電基地的建設(shè), 中國(guó)在2013年就已經(jīng)成為世界上風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家, 預(yù)計(jì)到2015年和2020年, 中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到100 GW和200 GW。然而, 在風(fēng)電并網(wǎng)容量快速增加的同時(shí), 由風(fēng)電并網(wǎng)所帶來的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題也日益突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 僅2011年就發(fā)生了193起風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故, 其中損失風(fēng)電出力500 MW以上的脫網(wǎng)事故就達(dá)12起。
　　縱觀這些大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故, 均存在因電網(wǎng)電壓超過了風(fēng)電機(jī)組的最低或者最高工作電壓導(dǎo)致機(jī)組脫網(wǎng)的現(xiàn)象。分析可知, 故障期間風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部匯集系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備不能快速切除故障、風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力是造成機(jī)組低電壓脫網(wǎng)的主要原因; 風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置的響應(yīng)滯后將導(dǎo)致故障清除后機(jī)端電壓升高, 此外具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組有可能進(jìn)一步誘發(fā)機(jī)端電壓驟升。
　　以現(xiàn)階段并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型雙饋風(fēng)電機(jī)組(DFIG)為例, 由于定子側(cè)繞組與電網(wǎng)直接相連且轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量有限, 電壓驟升對(duì)機(jī)組的影響更為嚴(yán)重。機(jī)端電壓升高將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出高電壓, 當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓超過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制范圍時(shí)將造成風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行不受控, 甚至引起變流器內(nèi)部器件擊穿。因此, 機(jī)端電壓驟升將嚴(yán)重影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全。
　　2、風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓驟升的原因
　　通過分析現(xiàn)階段已發(fā)生的高電壓脫網(wǎng)事故, 造成故障清除后系統(tǒng)電壓驟升的主要原因可以歸結(jié)為以下2個(gè)方面。
　　1) 電網(wǎng)電壓恢復(fù)后, 風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置受到鎖相、電壓判斷以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間等因素的影響導(dǎo)致控制響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)、未及時(shí)動(dòng)作, 造成系統(tǒng)無功功率過剩;
　　2) 具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組受到無功電流注入比例系數(shù)以及控制策略響應(yīng)時(shí)間的影響, 有可能造成電網(wǎng)電壓恢復(fù)瞬間機(jī)端電壓驟升。
　　圖1為某型號(hào)2.5 MW DFIG低電壓穿越現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果。電網(wǎng)電壓變化后該機(jī)組動(dòng)態(tài)無功控制的響應(yīng)時(shí)間約為30～40 ms。此外, 受現(xiàn)行并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的影響, 該型號(hào)機(jī)組在機(jī)端電壓低于0.2 pu時(shí)不進(jìn)行無功注入即k=0, 故圖 1(a)所示工況下電網(wǎng)電壓恢復(fù)瞬間機(jī)端電壓未發(fā)生過沖。