2.2 有關具體措施和政策建議

2.2.1 具體措施

1）風電機組和風電場滿足并網技術要求，具備LVRT是遏制風電機組大規模脫網事故的關鍵。新并網的機組必須具備LVRT，已并網的風電機組必須按要求的計劃整改。來不及LVRT改造的，首先確認滿足基本的風機運行要求，如并網點電壓跌落0.8 pu以下時，需要不跳閘運行0.1～0.2 s，見圖1，就能穿越大部分的電網瞬時故障。對已并網的風電場LVRT進行梳理、測試，不具備合格LVRT的風電場，應在規定的期限內完成改造并通過LVRT現場抽檢，風電場大規模集中接入點上的風機，應優先安排改造。制造廠應主動配合現場，協商具體改造方案并立即實施。開放風機控制及保護定值設置，優化風機保護與風機控制系統間的配合關系，使風機主控系統和LVRT功能相協調。研究LVRT期間風機向電網提供無功支持的方案，風機在電網電壓跌落期間不脫網運行的同時，提供必要的無功輸出。同時研究具備高電壓穿越（HVRT）的可行性及技術方案，應繼續加大投入，提高風機制造質量和研發風電機組控制保護等關鍵技術。

2）2011 年以來酒泉風電基地多個風電場連續多次出現電纜頭故障，應對在網電纜、電纜頭及開關柜做全面的隱患排查，并按規程要求全面做高、低壓試驗。加強對電纜、開關柜、刀閘接頭等設備的運行維護管理，完善運行監視手段，配置紅外、紫外成像儀等檢查儀器或設備，確保及時準確發現并消除隱患。此外鑒于當前低價中標影響產品質量的問題，建議風電場對設備材料采購過程嚴格把關，盡量選用大型企業或者能生產更高電壓等級電纜附件的企業的產品，避免不合格產品掛網運行。電纜附件安裝是一個技術性很強的工作，無滿足要求的安裝場所，不按圖紙說明的要求安裝，都會留下隱患。要對施工過程加強管理，監理也要具備專業知識，組織具有資質的技術人員安裝電纜頭，確保工程施工質量。設計時盡可能放大導體截面，降低導體表面的電場強度等。

3）中性點不接地或經消弧線圈接地系統，故障線路和非接地線路僅僅流過微弱的電容電流，無法準確確定是那一條線路發生接地，給接地查找和修復帶來困難。基于基波零序電流的幅值、方向等原理的裝置的選線效果不太好。而基于小波變換的行波單相選線［13-14］，充分利用電網中普遍存在的電流行波來進行故障選線，是故障選線原理的突破，為其提供了全新的思路和新的方案，實際運行證明，有望從根本上解決小電流系統故障選線難題，從而實現快速可靠選線并及時跳閘，可防止故障擴大。由此可見，為了快速自動隔離風場低壓系統發生單相接地故障，可以參照以下措施進行整改：對已配置小電流接地選線裝置（有跳閘功能或可以容易改造為有跳閘功能）的風電場升壓變電站，可將小電流接地選線裝置改造為在選線告警的基礎上增加選線跳閘功能：選線告警后應經過短延時（如0.5 s）直接跳該饋線開關;若未切除接地線路，母線監測到零序電壓且U0》50 V，則經過較長延時（如1.0 s）通過母差保護直接跳開低壓母線所有支路開關。對配置小電流接地選線裝置無跳閘功能的變電站采用以下方式，若檢測到低壓母線零序電壓U0》50 V，經過較長延時（0.6 s）通過母差保護直接跳開低壓母線所有支路開關，或直接切除主變低壓側開關，并要求該變電站盡快加裝具有選線跳閘功能的小電流接地選線裝置。對未配置小電流接地選線裝置的風場升壓站，要求盡快配置具有跳閘功能的小電流接地選線裝置，優先選用性能優異的行波選線裝置。新建風電場35 kV 集電系統應設計為低電阻接地系統（中性點經小電阻接地）并配置接地保護。對已運行的升壓站，要逐步改造為低電阻接地系統，因為前述的小電流選線準確率低，誤切正常線路的可能性較大。可在35 kV 母線處裝設接地變壓器，其中性點經電阻接地，電阻值需進行計算，利用35 kV系統發生單相接地故障時的零序電流，快速切除單相接地故障。

4）認真落實國家電網公司《防止風電大規模脫網重點措施》［15］，著力加強動態無功補償設備運行管理，及時處理缺陷并加以改造，實現無功補償設備的動態部分投自動調整功能，能自動投切濾波支路，確保并且嚴格按照調度要求投入運行。加強并網風電場調度運行管理，對已并入電網的風電場涉網保護、無功補償、風機信息上傳、調度運行值班、基礎管理等方面進行現場檢查摸底，不滿足標準要求的風電場不與并網。嚴格風電場負責保護定值的整定管理，確保繼電保護履行第一道防線職責。加強運行及管理人員培訓，完善運行規程，嚴格持證上崗制度，強化設備運行維護管理，提高隱患識別和事故處理能力。運行人員熟練掌握風機內部主控系統及設備，熟悉電網調度規程。調度部門要加強指導、監督。

2.2.2 進一步研究的課題

1）國家標準《風電場接入電力系統技術規定》應該針對我國大規模風電基地的建設進行分析研究實踐，提出切合實際技術要求，不要一刀切。在滿足電網安全穩定的前提下，合理規范風電機組性能，嚴格風電機組制造技術、安裝工藝要求、檢測要求以及并網審批程序，做好宣貫，強化監管，從源頭上把好風電機組并網關。我國大規模風電基地一般都直接并入220 kV及以上的輸電主網，而我國220kV及以上的主網繼電保護配置很完善［16］，事故快速切除率在多年保持為100%［17］，即主網發生短路事故時電壓可以到零，但持續時間一般小于0.1 s，對于單相故障，經約1 s的延遲后重合，如果是永久故障，將對風電場造成第二次沖擊，對風機的LVRT能力是更加嚴峻的考驗;在長距離超高壓輸電通道上無功控制困難，如新疆-西北聯網通道上變電站大部分為單主變，主變跳閘后，失去對電壓的鉗制作用，同時失去低壓補償，電壓波動大，而且有一定的低頻振蕩，應該據此對風電基地及其機組提出故障電壓穿越等一系列合理的技術要求。

2）風電機組的LVRT技術已經掌握，現在正在加緊改造實施。如果有了LVRT，不切除風電機組，就不會出現隨后的高電壓，但是對于酒泉風電基地來說，西北-新疆聯網通道均為750 kV長距離線路，充電功率大，750 kV哈敦、敦泉、泉河、河武雙回線高抗補償度為86.15%，77.12%，80.15%，76.78%，無功平衡主要依賴靜態高低壓感性補償。由N-1計算分析得知，聯網通道沿線網架結構較弱，短路容量小，聯網通道的短路容量僅為西北主網東部受端系統的一半，相同潮流變化下，電壓波動是東部的二倍。如果750 kV線路輕載運行，酒泉單臺主變故障切除后750 kV母線電壓將上升超過800 kV，出現高電壓。需要研究的問題是風電機組需要不需要HVRT、零電壓穿越（ZVRT）功能，或者HVRT、ZVRT功能與系統無功電壓控制系統的協調配合，需要單一的功能，還是整個風電基地整體加以解決，何種方案更優？在某些情況下，具有LVRT能力的風電場反而對系統穩定不利。風電基地風機具備LVRT功能后，在聯網線路潮流大且發生故障的情況下，由于穩定水平限制，輸電能力大幅降低，又需要切除風電機組，兩者之間有無其他優化解決方案［18］。

3）隨著大規模風電機組LVRT改造，在風電基地內如何高效檢測LVRT，風電機組并網檢測手段的研究開發和優化部署也是一個需要研究的問題。風電機組并網性能檢測，關鍵是LVRT測試手段，中國電力科學研究院已經研制配置了LVRT移動測試設備并具備測試能力和資質。因為風電基地風電機組的大規模投產，即使檢驗1%的風機，測試能力包括人員和設備都十分緊缺，為了滿足現在需要而培訓人員和配置設備，以后就有可能出現設備閑置或使用率低的問題，是否需要研制簡易的測試設備，是否在必要時進行電網人工接地試驗來驗證？

4）風電場集電系統中的電纜接頭是一個薄弱點，酒泉200 MW大型風電場一般經過經濟技術比較后集電系統都選用架空線路方案，每臺風機用電纜連接到箱式變的低壓側， 高壓側均用一根YJV22-3×50型電力電纜引接至臨近的35 kV架空輸電線路上，風電機組所發電能先通過數條LGJ-185/30的35 kV架空線路輸送至距330 kV升壓變電所圍墻外約1 km處，再分別通過多回YJV22-3×150型電力電纜直埋敷設引至330 kV升壓變電所35 kV開關柜上，實現與電網的連接。從這里可以看出，這種集電系統是電纜架空線混合系統，電纜接頭很多，而且所處環境惡劣，風沙大，溫差也大，雖然部分電纜頭在密封箱內，也都出現過事故。根據酒泉地區實際，研究風電場35 kV線路不用或少用電纜轉接的可行性。

5）大規模風電基地中的大型風電場應該按發電廠看待，新的國標（征求意見稿）《風電場接入電力系統技術規定》中要求：風電場要充分利用風電機組的無功容量及其調節能力;當風電機組的無功容量不能滿足系統電壓調節需要時，應在風電場集中加裝適當容量的無功補償裝置，必要時加裝動態無功補償裝置。風電基地主流風電機組為雙饋機組（DFIG）和永磁直驅（PMSG）兩種，都可以實現有功無功控制的解耦，DFIG的功率因數cosΦ 可以在+0.95至-0.95范圍內調節，輸出或吸收的無功功率可達有功功率輸出的31%。而PMSG采用全功率變流器并網，無功電壓控制更加靈活，當cosΦ 可以在+0.93至-0.93范圍內調節，輸出或吸收的無功功率可達有功功率輸出的37%。當有功功率低于額定時，相應的無功能力增大。所以要研究如何發揮風電機組無功能力、發揮風電機組無功能力后風電場集中加裝多少容量的無功補償裝置，是否加裝動態無功補償裝置。研究風電機組、（動態）無功補償裝置、電網（動態）無功補償裝置和整個系統的多對象協調配合的無功電壓協調控制策略，提升低（故障）電壓穿越能力、整體抗擾動能力的集群主動式控制策略。按照規劃，酒泉風電基地送出系統要加裝可控高抗、串補等靈活交流輸電裝置，還要建設特高壓直流送出工程，如何充分協調發揮其功能，有效提升風電接納能力，是堅強智能電網的研究重點之一［19-20］。

3 結論

大規模風電基地的建設運行中出現的大規模脫網事故給我們上了一節及時的安全課，使我們能夠在風電裝機容量世界第一的自豪面前保持清醒的頭腦。堅定穩健地發展風電，是我國應對氣候變化，發展低碳經濟，保障能源安全的不二選擇。關鍵是總結經驗，有針對性地加強風電的安全管理，慶幸的是目前風電的各種安全運行和發展難題尚處于萌芽階段，還比較容易解決。本文通過對風電發展、運行及事故的不同層次分析，提出了改造風電機組、改進風電場集電系統設計、強化建設全過程管理和加強人員培訓等措施，以系統的觀點提出了一些需要進一步研究的課題，希望能有助于理性分析風電發展中存在的問題并逐步加以解決，促進風電與電網的友好發展、和諧共贏。