风力发电机组低电压穿越

摘要

风力发电机因为电网故障引起网电压跌落到一定值以下并且保持625ms不脱离电网而继续维持运行，并仍能为系统提供有功功率以至少每秒10%额定功率的变化率恢复至故障前的能力称作是低电压穿越能力。

关键词

低电压穿越技术；风电机组；并网

目录

1.低电压穿越技术 (1)

2.低电压穿越特性及与保护动作时间关系 (2)

3.实现低电压穿越需要风电场各种保护的配合 (3)

3.1.风电机组保护 (3)

3.1.1.对于电压越限所进行的保护 (3)

3.1.2.对于频率越限所进行的保护 (3)

3.1.3.对于电流所进行的保护 (3)

3.2.风电机变流器保护 (3)

3.3.箱变保护 (3)

3.4.风电场内部电网保护 (4)

3.5.集电线路的保护 (4)

3.6.母线保护 (4)

3.7.风电场中的主变保护 (4)

3.8.高压母线保护 (4)

3.9.继电保护 (4)

4.风力发电场中的并网技术严格要求 (4)

引言

中国在颁布《在再生能源法》并且实施配套政策后，在2011年颁布国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》对低电压穿越技术的明确规定。

是目前主流的风电机组是双馈型和直驱型风电机组，因具有优异的无功和电压控制能力而得到广泛的应用，但由于变流器容量、低电压穿越期间的控制不同，具体情况有差异。国内外对这项技术的研究工作都取得了巨大成果，并且对不同机组提出了多种方案。

风电场电气部分由一次部分和二次部分构成，一次主要包括风电机组、集电环节、升压变电站、厂用电；二次主要包括风电机组监控与保护、箱变监控与保护、变电站监控与保护、线路监控与保护。风电场是由主变、箱变、无功补偿设备、集电线路等组成。

中国在2008年4月9日吉林大范围风电机组切机事故，故障位置从白城至开发变66KV线路（19km），发生两相短路（B-C）。这事故说明即使风电场都具备低电压穿越技术，风电场也有低电压穿越失败的可能，风电场无功补偿装置如果没有具备快速电压调节能力，将会造成大量无功涌入电网。

1.低电压穿越技术

目前，随着我国风电机组技术的广泛运用，以及能源和环境问题的日益突出，风电并入电网会在一定程度上对各省电力公司造成一定的影响，他们最关心的问题是风电并入电网后是否会影响电网的稳定性与安全性。大型风电场的并网暴露出了一系列的问题，具体表现在如下几个方面:

第一，电网中原有的网损和潮流分布会随着大型风电场的并入而发生改变，这对电网规划来说无疑是一种全新的挑战；

第二，影响了配电网的电能质量，比如电压闪变、谐波污染、波动等；

第三，在一定程度上影响了系统的功角、频率和电压的稳定性；

第四，风力发电的随机性极强，因此要针对风电的特点来调整发电和运行规划；

第五，要对风电容量的可信度以及风力发电系统的可靠性进行重新评估；

第六，要对电压控制以及无功调度等问题重新进行研究；

目前，大型风力发电机组采用的是异步双反馈发电机，它的特点是电压控制相比于其他发电机更加好，发电技术的暂态和静态特性更加明显。它通过控制无功电压来有效控制风电机低电压穿越技术和有功功率。

低电压穿越即当电网发生故障引起电网电压跌落时，风电机组需维持一段时间与电网连接而不解列，并在这一过程中向电网提供一定的无功功率，以支持电网电压的恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。

机组的定转子会因为电路的短路或是故障出现暂态的过电流现象，该电流会流经变流器，从能量守恒定律来看，机组的机端电压会因为系统的短路而下降，此时，机组无法持续稳定的将电能输送给电网，这种不平衡的能量会导致风电机组出现直流环节充电和加速的现象，导致电压持续升高。此时，电力电子元器件就极可能因为转子侧的暂态过电流和直流环节的过电压而出现严重的损坏。因此，目前的问题就是如何有效的保护电力电子器件的安全性，以及怎样使风电机组越过低电压故障。风电机组的低压穿越能力是保证风电场在电力系统故障的情况下不解裂，能持续的并网发电必备的特性。

这个图表示发电机组端电压跌落到额定电压的15%，要求风电力发机组能够维持运行625ms，端电压在其额定电压值的90%及以上时，要求风电机组能够持续的运行。采用无功补偿的方案来实现风电机组的低压穿越能力，满足风电机组的并网标准方面对低压穿越能力的要求，这种方案需要采用的是静止无功补偿装置。

2.低电压穿越特性及与保护动作时间关系

为了在确保电网稳定运行的基础上不断扩大风力发电的应用范围，风力发电机组就必须在电网出现故障且导致电压下降的情况下不会与电网相脱离，而且还要与常规电源一样源源不断的向电网提供无功功率和有功功率的支撑。

（1）当风力发电场内的风电机组在并网点(也就是风电场升压变压器高压侧的节点或是母线的电压下滑到只有额定电压的20%时，要能具有保持继续运行625ms且不脱网的能力;

（2）风力发电厂内的风力发电机组要在其并网点电压出现电压下降后的2秒时间内立即上升至额定电压的90%且不能够出现脱网现象。

（3）在设计风电场规划时，要结合电力系统的实际运行方式以及风电场的具体规划来精心的设计风电机组低压穿越能力，这样才能严格控制风电机组的建设成本，以免出现不必要的浪费。下图3-1是风电机组电场并网时对低压穿越能

力的要求:

3.实现低电压穿越需要风电场各种保护的配合

为实现风电场低电压穿越的要求，需要继电保护等控制措施与之配合。

3.1.风电机组保护

3.1.1.对于电压越限所进行的保护

3.1.2.对于频率越限所进行的保护

3.1.3.对于电流所进行的保护

除此之外，风电机组还配备有三相电流、电压不均衡保护，风机温度上升、转速上升、振动超过限值以及电缆扭绞等相关的保护。

3.2.风电机变流器保护

针对经常使用的变速恒频风电机组而言，变流器被大面积的用来进行矢量的解耦控制。

3.3.箱变保护

由于思考到经济性以及适用性，箱变高压侧配置有负荷开关、避雷针保护和高压熔断器保护，其中负荷开关用来正常开闭线路，避雷针用来防御雷电等产生