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低电压穿越和电力系统稳定性

2013-09-25 14:59
风频浪劲
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  风力发电能够顺利地并入一个国家或地区的电网,主要取决于电力系统对供电波动反映的能力。风电机组由于风的随机性,运行时对无功只能就地平衡等原因将对电网造成一定的影响。在过去,我国风力发电所占电力系统供电的比例不大,大型电网具有足够的备用容量和调节能力,风电接入,一般不必考虑频率稳定性问题,当电力系统某处发生电压暂降时风力发电机可以瞬间脱网进行自我保护。但对于先如今,我国风力资源的不断开发。风力发电所占我国电网供电的比例与日俱增就不得不考虑电网电压暂降时风力发电机组脱网给电力系统所带来严重的影响系统的稳定运行这时就需要风电机组具有低电压穿越能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。

  电压暂降:供电电压有效值供电电压有效值突然将至额定电压的10%~90%。然后又恢复至正常电压,这一过程的持续时间为10ms~60s。

  低电压穿越,指在风力发电机并网点电压跌落的时候,风机能够保持电压跌落会给电机带来一系列暂态过程,如出现过电压、过电流或转速上升等,严重危害风机本身及其控制系统的安全运行。一般情况下若电网出现故障风机就实施被动式自我保护而立即解列,并不考虑故障的持续时间和严重程度,这样能最大限度保障风机的安全,在风力发电的电网穿透率(即风力发电占电网的比重)较低时是可以接受的。然而,当风电在电网中占有较大比重时,若风机在电压跌落时仍采取被动保护式解列,则会增加整个系统的恢复难度,甚至可能加剧故障,最终导致系统其它机组全部解列,因此必须采取有效的措施,以维护风场电网的稳定。

  电网发生故障(尤其是不对称故障)的过渡过程中,电机电磁转矩会出现较大的波动,对风机齿轮箱等机械部件构成冲击,影响风机的运行和寿命。定子电压跌落时,电机输出功率降低,若对捕获功率不控制,必然导致电机转速上升[5~7]。在风速较高即机械动力转矩较大的情况下,即使故障切除,双馈电机的电磁转矩有所增加,也难较快抑制电机转速的上升,使双馈电机的转速进一步升高,吸收的无功功率进一步增大,使得定子端电压下降,进一步阻碍了电网电压的恢复,严重时可能导致电网电压无法恢复,致使系统崩溃[9,10],这种情况与电机惯性、额定值以及故障持续时间有关。

  低电压穿越,指在风力发电机并网点电压跌落的时候,风机能够保持并网,甚至向电网提供一定的无功功率,支持电网恢复,直到电网恢复正常,从而“穿越”这个低电压时间(区域)。低电压穿越是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。不同国家(和地区)所提出的低电压穿越要求不尽相同。目前在一些风力发电占主导地位的国家,如丹麦、德国等已经相继制定了新的电网运行准则,定量地给出了风电系统离网的条件。

  在《国家电网公司风电场接入电网技术规定》(修订版)中也明确地给出了风机组应该具备的低电压穿越能力:

  规定的低电压穿越要求为;

  a)风电场内的风电机组具有在并网电压跌至20%额定电压时能够持续并网运行625ms的低电压穿越能力。

  b)风电场并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时,风电场内的风电机组保持并网运行。对于目前尚不具备低电压穿越能力且已投运的风电场,应积极开展机组改造工作,已具备低电压穿越能力。

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