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酒泉風(fēng)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(shù) B
酒泉風(fēng)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(fēng)電基地；但同時，風(fēng)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(fēng)電集中并網(wǎng)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響，并提出應(yīng)對措施與建議。
[關(guān)鍵詞]風(fēng)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(dān)著重要責(zé)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(jié)構(gòu)，
甘肅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的壓力大幅度增加。
酒泉風(fēng)電基地是國家批準(zhǔn)開工建設(shè)的第1個
千萬千瓦風(fēng)電基地。截至2011年4月，酒泉風(fēng)電
基地已經(jīng)完成吊裝的風(fēng)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(fēng)電機組若全部并網(wǎng)投產(chǎn)，屆
時酒泉風(fēng)電基地將成為全世界集中并網(wǎng)規(guī)模最大的
風(fēng)電基地。由于當(dāng)?shù)刎摵上{能力有限，酒泉風(fēng)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(fēng)電帶來了一系列技術(shù)問題，甘肅
電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的風(fēng)險進一步增加。
在正常運行情況下，風(fēng)電大規(guī)模集中并網(wǎng)就存
在調(diào)頻調(diào)峰、送出、消納和系統(tǒng)穩(wěn)定等技術(shù)問題，
增加了電網(wǎng)運行管理與控制的難度。在風(fēng)電或電網(wǎng)
事故情況下，風(fēng)電不僅不具備常規(guī)電源的緊急控制
能力，反而會導(dǎo)致風(fēng)電機組大規(guī)模集中脫網(wǎng)，嚴(yán)重
影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。2011-02-24以來，
酒泉風(fēng)電基地頻繁發(fā)生風(fēng)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(gòu)成了嚴(yán)重威脅。
2 風(fēng)電場接入系統(tǒng)情況
酒泉風(fēng)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(fēng)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(fēng)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?cè)萘?36萬
kVA。酒泉風(fēng)電基地已經(jīng)有25座風(fēng)電場、2 776
臺風(fēng)電機組建成投產(chǎn)，并網(wǎng)風(fēng)電總裝機容量達到
387．4萬kW。酒泉風(fēng)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(fēng)
電通過4座風(fēng)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(fēng)
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(fēng)電以外，酒泉風(fēng)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(shù) 第13卷(2011年第6期)
根據(jù)統(tǒng)計，2011-04-10，甘肅省風(fēng)電日發(fā)電
量達到5 519萬kW·h，占當(dāng)日甘肅省統(tǒng)調(diào)用電量
的24．51％。2011-04-22，甘肅省風(fēng)電最大發(fā)電出
力達266．7萬kW，占當(dāng)日甘肅省最低用電負荷的
32％，風(fēng)電總出力占當(dāng)時風(fēng)電總裝機容量的65％。
伴隨著酒泉風(fēng)電基地投產(chǎn)容量的不斷增加，風(fēng)電對
甘肅省電力電量平衡的影響越來越大，電網(wǎng)調(diào)峰和
運行控制的壓力也隨之大幅度增加。
3 風(fēng)電場事故
2011年以來酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電場累計發(fā)生各
類事故53次，明顯進入了風(fēng)電場事故的高峰期。
除了“4．25”事故是電網(wǎng)事故波及到風(fēng)電場以外，
其他事故均是風(fēng)電場事故影響到電網(wǎng)；其中發(fā)生風(fēng)
電機組脫網(wǎng)超過100臺、影響范圍較大的故障就有
7次。“2．24”事故以來連續(xù)發(fā)生多起甩風(fēng)電出力
超過80萬kW 的嚴(yán)重脫網(wǎng)事故，近期連續(xù)2次事
故更是不斷刷新了風(fēng)電機組脫網(wǎng)記錄，不僅導(dǎo)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(fēng)電場35B4饋線開關(guān)柜下側(cè)電纜頭發(fā)生C相擊穿，
后發(fā)展為三相短路故障，導(dǎo)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(fēng)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(fēng)
電場升壓站集中安裝的動態(tài)無功補償設(shè)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(shè)備(FC濾波支路)，伴隨著大量風(fēng)電
機組脫網(wǎng)以后的電壓升高，無法自動切除濾波支路
調(diào)整無功補償容量，導(dǎo)致風(fēng)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(dǎo)致瓜州地區(qū)還在運行的另外6座風(fēng)電
場的300臺、42．5萬kW 風(fēng)電機組脫網(wǎng)。整個事
故過程中共導(dǎo)致598臺、84萬kW 風(fēng)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(zhì)量。
該事故引起了國內(nèi)廣泛的關(guān)注，國家電監(jiān)會專
門成立了事故調(diào)查組開展事故調(diào)查，并面向全國公
布了事故調(diào)查報告。
3．2 其他主要故障
201l一03-11Tl7：44，昌馬西第一風(fēng)場電纜頭
故障，導(dǎo)致玉門地區(qū)8座風(fēng)電場171臺風(fēng)電機組脫
網(wǎng)，甩出力約23萬kW。
201卜03—24T07：27，橋西一風(fēng)電場電纜頭故
障，導(dǎo)致橋西一、二、三風(fēng)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(fēng)電場電纜頭故
障，導(dǎo)致350臺機組脫網(wǎng)。
2011-04-03T09：31，橋東第二風(fēng)電場電纜頭
故障，導(dǎo)致9座風(fēng)電場389臺機組脫網(wǎng)，甩出力
56．5萬kW。
201卜04—17T04：5l，酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電場電
纜頭故障，導(dǎo)致瓜州地區(qū)700臺風(fēng)電機組脫網(wǎng)，甩
出力92．8萬kW。
201卜04—25，超強風(fēng)意外將330 kV嘉峪關(guān)變
電站330 kV出線門型架刮倒，不僅導(dǎo)致330 kV玉
門變電站失電，玉門地區(qū)所有風(fēng)電場脫網(wǎng)、甩出力
47．9萬kW；同時引起瓜州地區(qū)風(fēng)電機組脫網(wǎng)、甩
出力105．6萬kW。整個事故(“4．25” 事故)導(dǎo)
致酒泉風(fēng)電基地超過l 278臺風(fēng)電機組脫網(wǎng)、甩出
力153．5萬kW，不僅創(chuàng)造了多項風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電
基地風(fēng)電機組必須具備低電壓穿越能力的要求，風(fēng)
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(fēng)電基地絕大多數(shù)風(fēng)電機
組不具備低電壓穿越能力。由于風(fēng)電場不具備低電
壓穿越能力，在臨近風(fēng)電場事故導(dǎo)致系統(tǒng)電壓短時
間跌落時大量風(fēng)電機組脫網(wǎng)，導(dǎo)致河西電網(wǎng)有功功
率、無功功率大幅度波動，嚴(yán)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(shù)
穩(wěn)定運行。
4．1．2 電力系統(tǒng)電壓控制問題
酒泉風(fēng)電基地位于甘肅電網(wǎng)最西端，屬于典型
的弱電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，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(fēng)電基地裝機容量的不斷增加，為了滿足
風(fēng)電送出的需要，不得不改變張掖、酒鋼電廠的開
機方式，相應(yīng)地對系統(tǒng)的電壓控制能力降低；風(fēng)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(yīng)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(fēng)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(diào)控制
4．2．1 風(fēng)電機組的無功控制
酒泉風(fēng)電基地主要采用雙饋型和永磁直驅(qū)型風(fēng)
電機組。風(fēng)電機組理論上應(yīng)該具有無功控制能力，
但目前幾乎所有風(fēng)電場的風(fēng)電機組均按照恒功率因
數(shù)方式投入運行，功率因數(shù)設(shè)定為l，關(guān)閉了風(fēng)電
機組發(fā)無功的能力，使風(fēng)電機組不具備在線調(diào)整功
率因數(shù)的能力。盡管提出了酒泉風(fēng)電基地的機組必
須采用恒電壓控制方式，從而釋放風(fēng)電機組的無功
容量的技術(shù)要求，但至今酒泉風(fēng)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(fēng)速變化，必然引起風(fēng)電場無功需求及
輸電線路無功損耗大幅度變化；但由于風(fēng)電機組不
具備無功出力自動調(diào)整能力，電力系統(tǒng)的無功、電
壓必然大幅度變化。由于風(fēng)電有功出力預(yù)測預(yù)報精
度不高，電壓波動幅度及時刻也難以準(zhǔn)確預(yù)測，因
此，固定無功補償裝置已不能滿足風(fēng)電場的運行要
求，必須采用足夠容量的靜止無功補償設(shè)備(SVC、
SVG)調(diào)節(jié)風(fēng)電場的無功。酒泉風(fēng)電基地盡管安裝
了靜止無功補償設(shè)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(shè)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(fēng)電場的靜止無功補償設(shè)備沒有實現(xiàn)集
中控制，也增加了電力系統(tǒng)調(diào)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(fēng)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(fēng)電機組全部投產(chǎn)后，
受到分散性及互補性的影響，風(fēng)電出力爬坡率和
同時率均將下降，風(fēng)電場出力每分鐘最大變化應(yīng)
不超過300 MW，在正常狀態(tài)下以水電為主、火電
為輔的調(diào)節(jié)方式完全能夠滿足風(fēng)電波動引起的電
網(wǎng)一次調(diào)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(dāng)位于電
網(wǎng)末端的酒泉風(fēng)電基地發(fā)生事故時，將導(dǎo)致系統(tǒng)
頻率大幅度波動。受風(fēng)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(dǎo)致電力
系統(tǒng)頻率越限，風(fēng)電基地頻率穩(wěn)定控制的風(fēng)險增加。
5 應(yīng)對措施與建議
(1)在遠離負荷中心建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電基地，風(fēng)
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(fēng)險大幅度增加。
(2)酒泉風(fēng)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(fēng)電場必須加強風(fēng)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(fēng)電
機組主要性能技術(shù)滿足電力系統(tǒng)的需求。
(3)加快風(fēng)電場集群控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，
提高酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電場運行控制的能力和水平；
完善風(fēng)電機組、無功補償裝置等關(guān)鍵設(shè)備的運行控
制手段，提高風(fēng)電場正常控制、緊急安全穩(wěn)定控制
能力，降低大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)對于電力系統(tǒng)安全
穩(wěn)定的風(fēng)險。
(4)研究針對風(fēng)電場低壓饋線網(wǎng)絡(luò)的中性點接
地方式，開發(fā)相應(yīng)的繼電保護裝置，當(dāng)?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。
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(收稿日期：201卜04—30)
一9一

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