1、風電大規模脫網問題不容忽視
隨著9個千萬千瓦風電基地的建設, 中國在2013年就已經成為世界上風電裝機容量最大的國家, 預計到2015年和2020年, 中國風電裝機容量將分別達到100 GW和200 GW。然而, 在風電并網容量快速增加的同時, 由風電并網所帶來的電網安全穩定問題也日益突出。據不完全統計, 僅2011年就發生了193起風電機組脫網事故, 其中損失風電出力500 MW以上的脫網事故就達12起。
縱觀這些大規模風電脫網事故, 均存在因電網電壓超過了風電機組的最低或者最高工作電壓導致機組脫網的現象。分析可知, 故障期間風電場內部匯集系統保護設備不能快速切除故障、風電機組不具備低電壓穿越能力是造成機組低電壓脫網的主要原因; 風電場無功補償裝置的響應滯后將導致故障清除后機端電壓升高, 此外具備低電壓穿越能力的風電機組有可能進一步誘發機端電壓驟升。
以現階段并網風電機組的主流機型雙饋風電機組(DFIG)為例, 由于定子側繞組與電網直接相連且轉子側變流器容量有限, 電壓驟升對機組的影響更為嚴重。機端電壓升高將導致轉子繞組感應出高電壓, 當轉子電壓超過轉子側變流器的控制范圍時將造成風電機組運行不受控, 甚至引起變流器內部器件擊穿。因此, 機端電壓驟升將嚴重影響風電機組的運行安全。
2、風電機組機端電壓驟升的原因
通過分析現階段已發生的高電壓脫網事故, 造成故障清除后系統電壓驟升的主要原因可以歸結為以下2個方面。
1) 電網電壓恢復后, 風電場無功補償裝置受到鎖相、電壓判斷以及執行機構動作時間等因素的影響導致控制響應時間過長、未及時動作, 造成系統無功功率過剩;
2) 具備低電壓穿越能力的風電機組受到無功電流注入比例系數以及控制策略響應時間的影響, 有可能造成電網電壓恢復瞬間機端電壓驟升。
圖1為某型號2.5 MW DFIG低電壓穿越現場測試試驗結果。電網電壓變化后該機組動態無功控制的響應時間約為30～40 ms。此外, 受現行并網標準的影響, 該型號機組在機端電壓低于0.2 pu時不進行無功注入即k=0, 故圖 1(a)所示工況下電網電壓恢復瞬間機端電壓未發生過沖。
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