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酒泉風電集中并網(wǎng)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響

文檔作者：周吉安文檔來源：甘肅省電力公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年02月21日
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第13卷(2011年第6期) 電力安全技術 B
酒泉風電集中并網(wǎng)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響
周吉安
(甘肅省電力公司，甘肅蘭州 730050)
[摘要]隨著酒泉千萬千瓦鳳電基地一期工程的陸續(xù)建成投產(chǎn)，酒泉成為全世界集中并網(wǎng)規(guī)
模最大的風電基地；但同時，風電場事故頻發(fā)，尤其是近期連續(xù)發(fā)生多次鳳電機組大面積脫網(wǎng)事故，
對電網(wǎng)造成了巨大的沖擊。以近期酒泉鳳電基地發(fā)生的典型事故為例，介紹了事故的基本情況，-分
析了事故原因，研究了大規(guī)模風電集中并網(wǎng)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響，并提出應對措施與建議。
[關鍵詞]風電；集中并網(wǎng)；穩(wěn)定運行
1 基本情況
甘肅電網(wǎng)位于西北電網(wǎng)中心，是跨省水火互
濟、潮流交換的樞紐，在保證西北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運
行方面承擔著重要責任。幾十年以來，甘肅電網(wǎng)在
維持西北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行方面發(fā)揮了重要作用。
隨著750 kV新疆聯(lián)網(wǎng)工程的竣工投產(chǎn)，在實現(xiàn)西
北5省區(qū)聯(lián)網(wǎng)的同時，也形成了超過2 000 km雙
回750 kV線路、串聯(lián)7個變電站的典型弱電網(wǎng)結構，
甘肅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的壓力大幅度增加。
酒泉風電基地是國家批準開工建設的第1個
千萬千瓦風電基地。截至2011年4月，酒泉風電
基地已經(jīng)完成吊裝的風電機組容量達550萬kW，
其中已經(jīng)并網(wǎng)投產(chǎn)的有387．4萬kW。2011年上
半年已經(jīng)完成吊裝的風電機組若全部并網(wǎng)投產(chǎn)，屆
時酒泉風電基地將成為全世界集中并網(wǎng)規(guī)模最大的
風電基地。由于當?shù)刎摵上{能力有限，酒泉風電
基地大規(guī)模上網(wǎng)的電量幾乎完全需要輸送到1 000
km 以外的蘭州負荷中心。通過弱電網(wǎng)遠距離送出
大范圍波動性的風電帶來了一系列技術問題，甘肅
電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的風險進一步增加。
在正常運行情況下，風電大規(guī)模集中并網(wǎng)就存
在調頻調峰、送出、消納和系統(tǒng)穩(wěn)定等技術問題，
增加了電網(wǎng)運行管理與控制的難度。在風電或電網(wǎng)
事故情況下，風電不僅不具備常規(guī)電源的緊急控制
能力，反而會導致風電機組大規(guī)模集中脫網(wǎng)，嚴重
影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。2011-02-24以來，
酒泉風電基地頻繁發(fā)生風電機組大面積脫網(wǎng)事故，
引起河西地區(qū)乃至甘肅電網(wǎng)系統(tǒng)電壓、頻率大幅度
波動，對甘肅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行構成了嚴重威脅。
2 風電場接入系統(tǒng)情況
酒泉風電基地的一期工程主要集中在玉門、瓜
州2個區(qū)域內(nèi)，一期工程550萬kW 電量分為2部
分接人系統(tǒng)：其中140萬kW 通過110 kV電壓等
級線路匯集后分別接人330 kV瓜州變、玉門變；
另外410萬kW 分別通過7座330 kV升壓站接人
系統(tǒng)，每個330 kV升壓站匯集2～3個20萬kW
風電場電量后，再通過一回330 kV電壓等級線路
送人750 kV變電站匯人750 kV電網(wǎng)，大部分風電
電量通過2010年建成投產(chǎn)的750 kV武勝一河西一
酒泉一敦煌輸變電工程送到蘭州負荷中心。
目前已經(jīng)建成投產(chǎn)了5座330 kV升壓站、l4
臺主變，投產(chǎn)的330 kV升壓站變電總容量336萬
kVA。酒泉風電基地已經(jīng)有25座風電場、2 776
臺風電機組建成投產(chǎn)，并網(wǎng)風電總裝機容量達到
387．4萬kW。酒泉風電基地電量分別在750 kV敦
煌和酒泉變電站上網(wǎng)，其中瓜州地區(qū)262萬kW 風
電通過4座風電330kV升壓站和330kV瓜州變匯
集到750 kV敦煌變上網(wǎng)；玉門地區(qū)126萬kW 風
電通過1座330 kV升壓站和330 kV玉門變匯集到
750 kV酒泉變電站上網(wǎng)。除了河西5地市能夠消
納小部分風電以外，酒泉風電大部分通過河西750
kV雙回、330 kV雙回線路送往甘肅主網(wǎng)，從750
kV敦煌變電站至蘭州的輸電距離達到1 000 km。
一 一
B 電力安全技術 第13卷(2011年第6期)
根據(jù)統(tǒng)計，2011-04-10，甘肅省風電日發(fā)電
量達到5 519萬kW·h，占當日甘肅省統(tǒng)調用電量
的24．51％。2011-04-22，甘肅省風電最大發(fā)電出
力達266．7萬kW，占當日甘肅省最低用電負荷的
32％，風電總出力占當時風電總裝機容量的65％。
伴隨著酒泉風電基地投產(chǎn)容量的不斷增加，風電對
甘肅省電力電量平衡的影響越來越大，電網(wǎng)調峰和
運行控制的壓力也隨之大幅度增加。
3 風電場事故
2011年以來酒泉風電基地風電場累計發(fā)生各
類事故53次，明顯進入了風電場事故的高峰期。
除了“4．25”事故是電網(wǎng)事故波及到風電場以外，
其他事故均是風電場事故影響到電網(wǎng)；其中發(fā)生風
電機組脫網(wǎng)超過100臺、影響范圍較大的故障就有
7次?！?．24”事故以來連續(xù)發(fā)生多起甩風電出力
超過80萬kW 的嚴重脫網(wǎng)事故，近期連續(xù)2次事
故更是不斷刷新了風電機組脫網(wǎng)記錄，不僅導致電
力系統(tǒng)電壓、頻率大幅度波動，而且直接威脅到電
力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
3．1 典型故障分析(“2．24”事故)
2011-02-24T00：36，330 kV橋西升壓站第一
風電場35B4饋線開關柜下側電纜頭發(fā)生C相擊穿，
后發(fā)展為三相短路故障，導致系統(tǒng)電壓大幅跌落，
敦煌變330 kV母線電壓最低跌至272 kV，298臺
風機因不滿足低電壓穿越能力的要求而脫網(wǎng)，共甩
出力約41萬kW。同時，由于瓜州地區(qū)大部分風
電場升壓站集中安裝的動態(tài)無功補償設備(TCR、
MCR或SVG)大部分均未投入，或者僅投人了容
性無功補償設備(FC濾波支路)，伴隨著大量風電
機組脫網(wǎng)以后的電壓升高，無法自動切除濾波支路
調整無功補償容量，導致風電場繼續(xù)向電網(wǎng)注入
大量容性無功，使得電網(wǎng)系統(tǒng)電壓快速升高到額定
電壓的110％ 以上(最高達到115％左右)。其中
750 kV敦煌變330 kV母線電壓瞬間達到365 kV、
最高達到380 kV，750 kV母線電壓瞬間達到800
kV、最高達到808 kV。由于母線電壓超過額定工
作電壓，導致瓜州地區(qū)還在運行的另外6座風電
場的300臺、42．5萬kW 風電機組脫網(wǎng)。整個事
故過程中共導致598臺、84萬kW 風電機組脫網(wǎng)，
敦煌750kV變電站母線電壓短時間在67％～l10％
一9一
的額定電壓范圍內(nèi)大幅度波動，并造成西北主網(wǎng)頻
率最低降至49．854 Hz，直接影響到該地區(qū)用戶的
電能質量。
該事故引起了國內(nèi)廣泛的關注，國家電監(jiān)會專
門成立了事故調查組開展事故調查，并面向全國公
布了事故調查報告。
3．2 其他主要故障
201l一03-11Tl7：44，昌馬西第一風場電纜頭
故障，導致玉門地區(qū)8座風電場171臺風電機組脫
網(wǎng)，甩出力約23萬kW。
201卜03—24T07：27，橋西一風電場電纜頭故
障，導致橋西一、二、三風電場141臺機組因低壓
脫網(wǎng)，甩出力22．6萬kW。
2011-03-25T17：38， 昌西一風電場電纜頭故
障，導致350臺機組脫網(wǎng)。
2011-04-03T09：31，橋東第二風電場電纜頭
故障，導致9座風電場389臺機組脫網(wǎng)，甩出力
56．5萬kW。
201卜04—17T04：5l，酒泉風電基地風電場電
纜頭故障，導致瓜州地區(qū)700臺風電機組脫網(wǎng)，甩
出力92．8萬kW。
201卜04—25，超強風意外將330 kV嘉峪關變
電站330 kV出線門型架刮倒，不僅導致330 kV玉
門變電站失電，玉門地區(qū)所有風電場脫網(wǎng)、甩出力
47．9萬kW；同時引起瓜州地區(qū)風電機組脫網(wǎng)、甩
出力105．6萬kW。整個事故(“4．25” 事故)導
致酒泉風電基地超過l 278臺風電機組脫網(wǎng)、甩出
力153．5萬kW，不僅創(chuàng)造了多項風電集中脫網(wǎng)記
錄，而且對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成巨大的沖擊。
4 酒泉風電集中并網(wǎng)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響
4．1 電力系統(tǒng)電壓控制問題
4．1．1 風電機組低電壓穿越能力問題
盡管接入系統(tǒng)審查意見明確提出了酒泉風電
基地風電機組必須具備低電壓穿越能力的要求，風
機制造企業(yè)也做出具備低電壓穿越能力的承諾，但
201 1年的事故證明酒泉風電基地絕大多數(shù)風電機
組不具備低電壓穿越能力。由于風電場不具備低電
壓穿越能力，在臨近風電場事故導致系統(tǒng)電壓短時
間跌落時大量風電機組脫網(wǎng)，導致河西電網(wǎng)有功功
率、無功功率大幅度波動，嚴重威脅了電網(wǎng)的安全
第13卷(201 1年第6期) 電力安全技術
穩(wěn)定運行。
4．1．2 電力系統(tǒng)電壓控制問題
酒泉風電基地位于甘肅電網(wǎng)最西端，屬于典型
的弱電網(wǎng)結構，本身電壓控制的難度就比較大，張掖
電廠、酒鋼電廠對河西電網(wǎng)電壓支撐作用較為明顯。
隨著酒泉風電基地裝機容量的不斷增加，為了滿足
風電送出的需要，不得不改變張掖、酒鋼電廠的開
機方式，相應地對系統(tǒng)的電壓控制能力降低；風電
具有波動性、隨機性，伴隨著有功出力的大幅度變
化，電網(wǎng)電壓也相應大幅度變化，使得河西電網(wǎng)電
壓控制難度明顯增加。2011-02-24以來的多次事
故中，河西電網(wǎng)電壓大幅度波動是風電對于電力系統(tǒng)
電壓影響的典型案例，不僅大幅度增加了系統(tǒng)電壓
控制的難度，而且直接威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。
4。2 系統(tǒng)無功協(xié)調控制
4．2．1 風電機組的無功控制
酒泉風電基地主要采用雙饋型和永磁直驅型風
電機組。風電機組理論上應該具有無功控制能力，
但目前幾乎所有風電場的風電機組均按照恒功率因
數(shù)方式投入運行，功率因數(shù)設定為l，關閉了風電
機組發(fā)無功的能力，使風電機組不具備在線調整功
率因數(shù)的能力。盡管提出了酒泉風電基地的機組必
須采用恒電壓控制方式，從而釋放風電機組的無功
容量的技術要求，但至今酒泉風電機組仍無法滿足
無功控制的要求。
4．2．2 電力系統(tǒng)的無功需求及存在的問題
隨著風速變化，必然引起風電場無功需求及
輸電線路無功損耗大幅度變化；但由于風電機組不
具備無功出力自動調整能力，電力系統(tǒng)的無功、電
壓必然大幅度變化。由于風電有功出力預測預報精
度不高，電壓波動幅度及時刻也難以準確預測，因
此，固定無功補償裝置已不能滿足風電場的運行要
求，必須采用足夠容量的靜止無功補償設備(SVC、
SVG)調節(jié)風電場的無功。酒泉風電基地盡管安裝
了靜止無功補償設備，但201卜02-24以來多次事
故所暴露出的問題說明，靜止無功補償設備的可靠
性和主要性能對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響巨大。另
外，分散在風電場的靜止無功補償設備沒有實現(xiàn)集
中控制，也增加了電力系統(tǒng)調度處理事故的難度。
4．3 電網(wǎng)頻率穩(wěn)定影響
2010年酒泉風電基地典型日出力爬坡率最大
約為總裝機容量的10％ ，發(fā)電同時率平均在0．8
B
左右。2011年550萬kW 風電機組全部投產(chǎn)后，
受到分散性及互補性的影響，風電出力爬坡率和
同時率均將下降，風電場出力每分鐘最大變化應
不超過300 MW，在正常狀態(tài)下以水電為主、火電
為輔的調節(jié)方式完全能夠滿足風電波動引起的電
網(wǎng)一次調頻要求。但河西750 kV電網(wǎng)是典型的遠
距離、大容量、弱聯(lián)系同步輸電系統(tǒng)，當位于電
網(wǎng)末端的酒泉風電基地發(fā)生事故時，將導致系統(tǒng)
頻率大幅度波動。受風電場控制能力不足的制約，
201 1-02-24以來連續(xù)3次事故狀態(tài)下均導致電力
系統(tǒng)頻率越限，風電基地頻率穩(wěn)定控制的風險增加。
5 應對措施與建議
(1)在遠離負荷中心建設大規(guī)模風電基地，風
電集中接人系統(tǒng)不僅增加了正常運行管理的難度，
在事故狀態(tài)下系統(tǒng)無功電壓和頻率等方面的控制難
度更大，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的風險大幅度增加。
(2)酒泉風電機組的低電壓穿越、有功控制、
無功控制等性能對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行影響巨
大，大規(guī)模集中并網(wǎng)的風電場必須加強風電機組選
型及功能配置的管理，使得大規(guī)模集中并網(wǎng)的風電
機組主要性能技術滿足電力系統(tǒng)的需求。
(3)加快風電場集群控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，
提高酒泉風電基地風電場運行控制的能力和水平；
完善風電機組、無功補償裝置等關鍵設備的運行控
制手段，提高風電場正?？刂?、緊急安全穩(wěn)定控制
能力，降低大規(guī)模風電集中并網(wǎng)對于電力系統(tǒng)安全
穩(wěn)定的風險。
(4)研究針對風電場低壓饋線網(wǎng)絡的中性點接
地方式，開發(fā)相應的繼電保護裝置，當?shù)蛪吼伨€發(fā)
生單相接地故障時，直接跳開故障線路，防止長期
接地造成事故擴大而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
參考文獻：
1汪寧渤，馬彥宏，夏懿． 甘肅酒泉10 GW 風電基地
面臨的巨大挑戰(zhàn)[J]．電力建設．2010，1：101～104．
2 肖創(chuàng)英，汪寧渤，陟晶，丁坤． 甘肅酒泉風電出力
特性分析[J]，電力系統(tǒng)自動化，2010，34(17)：64～67．
3 肖創(chuàng)英，汪寧渤，丁坤，陟晶．甘肅酒泉風電功率調
節(jié)方式研究[J]．中國電機工程學報，2010，10：1～6．
(收稿日期：201卜04—30)
一9一

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