大规模风电机组连锁脱网事故机理初探

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1、第３６卷第８期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．８２０１２年４月２５日Ａｐｒ．２５，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０８．００３大规模风电机组连锁脱网事故机理初探叶希１，鲁宗相１，乔颖１，李兢２，王丰３，罗伟３（１．电力系统国家重点实验室，清华大学电机系，北京市１０００８４；２．中国电力工程顾问集团，北京市１０００１１；３．华北电力科学研究院有限责任公司，北京市１０００４５）摘要：风电机组连锁脱网事故是集群风电迅速发展过程中出现的新问题之一。针对中国频繁发生的风电机组连锁脱网事故，对事故机理进行

2、初步研究。首先，分析连锁脱网事故的典型发展过程及时空尺度；然后，构造集群风电接入系统的理论原型，研究风电机组共模跳闸机理及事故演化发展主导因素；最后，基于实际电网参数及拓扑结构，重演风电机组连锁脱网事故，从重载工况下网架结构电压稳定性、双馈风电机组运行方式２个角度分析风电机组连锁脱网事故频发的原因，提出相应改善措施。关键词：双馈风电机组；连锁脱网；集群风电；共模跳闸；事故演化过程；重载工况０引言中国风电发展具有集群开发、弱电网接入、长距离外送的特点。集群风电并网点电压支撑能力较随着风电渗透率的逐渐增大，风电并网对系统弱，无

3、功电压问题突出，容易诱发严重的系统安全稳安全稳定性的影响逐渐凸显。近年来，国内外都曾定事故。２０１１年中国频繁发生的大规模风电机组发生含大规模风电系统的运行事故。２００６年西欧连锁脱网事故，大多是在集群风电弱电网接入、长距电网“１１·４”大停电事故中，大量风电机组因频率保离外送的典型网架中，在风电大发、线路重载的运行［１］护跳闸，加重电力不平衡，导致长时间频率偏差；工况下，由设备故障或风电场调压能力不足导致局２０１１年中国甘肃酒泉地区和河北张家口地区的多部电网电压波动而引发。这是在中国风电发展特点起风电机组脱网事故中，大量

4、风电机组因电压问题下所表现出的风电并网对系统安全稳定影响的新问连锁跳闸脱网，损失大量出力，导致电网频率明显偏题之一。低。因此，研究高渗透率风电对系统安全稳定的影针对大规模风电机组连锁脱网事故，已有相关响机理已成为一个迫在眉睫的问题。文献进行了初步研究。文献［１０］研究了双馈风电机关于风电并网对系统安全稳定的影响已有不少组异常脱网过程及其无功需求，侧重于讨论脱网过研究。电压稳定方面，主要关注风电出力对电压稳程中风电机组的异步运行状态及转差无功特性。文定极限及电压稳定域的影响，分析方法有Ｐ－Ｖ曲线献［１１］分析了双馈型风电机群

5、近似满载工况下连锁［２］［３］［４］法、灵敏度法、电压稳定域分析法、分岔理脱网事件机理，侧重于讨论低压脱网过程中风电机［５］论等；暂态稳定方面，主要关注电网故障时风电场组自身时序切换和无功变化特征，但未结合实际电［６－８］动态特性对系统暂态稳定性的影响；小信号稳定网特点进行风电机组连锁脱网全过程机理分析。文方面，主要关注不同风电机组接入后对系统阻尼特献［１２］结合风电机组脱网实例，分析了风电机组脱［８－９］性及振荡模式的影响。但是，现有研究大多借鉴网原因及对策，给出事故现象的直观描述与事故根传统电力系统分析思路，基于简单标

6、准系统（如源原因的感性认识，但未进行相应的定量仿真计算ＩＥＥＥ系统）分析风电接入对系统的影响，并未充分和分析讨论。考虑中国风电并网特点，特别是对集群风电及其接本文针对大规模风电机组连锁脱网事故，尝试入网架之间相互作用引起的安全稳定问题机理缺乏从机理方向进行初步探索。通过对脱网事故典型发系统研究。展过程的分析，提取特征网架和典型运行工况，构造典型系统进行风电机组共模跳闸机理及事故演化主收稿日期：２０１１－１２－０８；修回日期：２０１２－０１－１２。导因素探索，最后基于实际电网参数进行事故仿真国家自然科学基金资助项目（５１０７

7、７０７８）；国家高技术研究发重演，分析事故原因并提出改善措施。展计划（８６３计划）资助项目（２０１１ＡＡ０５Ａ１０４）。—１１—２０１２，３６（８）１大规模风电机组连锁脱网事故典型过程比较２０１１年中国多起连锁脱网事故发展过程，可发现具有如下相似特点：①网架结构方面，事故发２０１１年中国西北、华北地区的风电机组连锁脱生地区网架结构具有集群风电弱电网接入、长距离网事故，大部分表现出４个发展过程，即在典型网架外送的典型特征；②运行工况方面，事故大多发生在结构中和风电大发运行工况下，由轻微故障逐步演风电大发、线路重载的运行工况下

8、；③风电机组运行化发展为严重故障，具体描述如下。方式方面，双馈风电机组多采用恒功率因数控制方１．１过程１：电气设备短路故障（诱因事故）式，缺乏灵活的无功调节能力，而且往往不具备低电通过事故追忆可以发现，大部分风电机组脱网事故的初始诱因源于接近风电场位置的某个电气设压穿越能力。备短路故障。例如：２０１１年