电气化铁路单相负载对风电机组安全运行影响的研究

电气化铁路单相负载对风电机组安电气化铁路单相负载对风电机组安 全运行影响的研究全运行影响的研究 正文 随着风电产业的迅猛发展 风电与电网的相互影响也越来 越明显 风电场的建设和运行要充分考虑风电场接入电网的实 际情况 要对风电电源 电网以及负荷进行总体的考虑 满足 电力系统中的基本平衡关系 实现电网和风电场稳定运行 风 电并网问题已经成为风电大规模发展的 瓶颈 越来越受到各 方面的重视 大唐三门峡风力发电有限公司一期工程 25 5mw 接入 电网系统侧为三门峡电网公司虢都变 虢都变同时也是豫西陇 海铁路牵引站所在的电源点之一 下图为三门峡风电场及周边电网接线示意图 从风电场投运以来 风力发电机在调试 运行过程中因常 出现 三相电流不平衡 故障而跳机 直接影响到风电机组安全 稳定运行及公司的经济效益 根据历次风机跳闸记录及电网运 行方式综合分析 初步认为 一 河南三门峡地区承担着陇海 铁路的大量牵引机车站 目前的电力化铁路牵引机车站的联接 方式造成电网三相不对称现象严重 铁路机车牵引负荷是功率 大 空间和时间分布随机性强的单相负荷 当陇海铁路有重机 车通过时所造成的大量单相负荷形成的不平衡电流会对风场接 入电源点的电能质量造成冲击 导致风电场接入点的电能质量 下降 二 风电机组的电气控制系统变频器单元设置的不平衡 电流跳闸值为 70a 灵敏度较高 不能适应电网波动的要求 此问题引起大唐河南分公司和机组厂家的高度重视 为彻 底查清风电机组跳机原因 在分公司的大力支持下 大唐三门 峡风力发电有限公司 风电机组厂家东方汽轮机有限公司联合 委托中国电力科学研究院风电并网研究和评价中心对三门峡风 电场 风电场电源接入点虢都变电站相关线路以及风电机组的 电能质量状况进行全面测试 测试点包括风电场升压变压器高 压侧 升压变压器低压侧 风电机组出口处和虢都变电站 110kv 虢会线 测试内容涵盖了风电场分别在退出运行及投入 运行的两种方式中 且牵引变负荷接入虢都变电站 牵引变负 荷未接入虢都变电站两种运行方式下的风电场 110kv 线路 风 电场 35kv 母线 风电场一条 35kv 线路首末两台风电机组 690v 侧及虢会线的各点电能质量测试 通过测试数据分析 比对以 找到解决风电机组入网的各种技术问题 根据全面分析测试数据 得到以下结论 1 风电场升压站主变 110kv 侧供电电压允许偏差 三相电 压允许不平衡度和闪变值等电能质量特性参数均在国标规定范 围之内 铁路机车牵引站接入虢都变电站运行方式下 风电场 升压站主变 110kv 侧电压总谐波畸变率 95 概率大值为 2 16 超过国标规定 2 0 限值 铁路机车牵引站未接入虢都 变电站运行方式下 风电场升压站主变 110kv 侧电压总谐波畸 变率 在国标规定范围之内 风电场升压站主变 35kv 侧供电电 压允许偏差 三相电压允许不平衡度和闪变值等电能质量特性 参数均在国标规定范围之内 铁路机车牵引站未接入虢都变电 站运行方式和铁路机车牵引站接入虢都变电站且风电场正常运 行时升压站主变 35kv 侧电压总谐波畸变率 在国标规定范围之 内 风电机组出口处供电电压允许偏差 三相电压允许不平衡 度 电压总谐波畸变率 和闪变值等电能质量特性参数均在国标 规定范围之内 110kv 虢会线供电电压允许偏差 三相电压允 许不平衡度和闪变值等电能质量特性参数均在国标规定范围之 内 铁路机车牵引站接入虢都变电站运行方式下 110kv 虢会 线的电压总谐波畸变率 95 概率大值为 2 15 超过国标规定 2 0 限值 铁路机车牵引站接入甘棠变电站运行方式下 110kv 虢会线电压总谐波畸变率 在国标规定范围之内 2 风电场各个测试点包括主变 110kv 侧 35kv 侧以及风电 机组出口处电能质量特性参数包括电压偏差和闪变在铁路机车 牵引站接入甘棠变电站和虢都变电站时测得值没有明显差别 铁路机车牵引站接入虢都变电站各个测试点测得三相电压不平 衡度和电压总谐波畸变率明显高于铁路机车牵引站接入甘棠变 电站时测得值 说明风电场电能质量特性参数三相电压不平衡 度和电压总谐波畸变率受铁路机车牵引站影响 3 当铁路机车牵引站接入某一变电站 风电场并网运行时 测得风电场升压站主变 35kv 侧 值明显小于风电场全部风电机 组停机时测得值 可见风电场并网运行对风电场升压站主变 35kv 侧 有一定限制作用 当铁路机车牵引站接入某一变电站 风电场并网运行时测得风电机组出口处三相电压不平衡度和 值 明显小于风电场全部风电机组停机时测得值 可见风电场并网 运行对风电场风电机组出口处三相电压不平衡和 有一定限制作 用 4 在三相电压不平衡度较大时 未超过国标规定限值 风电 机组输出三相电流值相差较大 超过风电机组相应保护定值 保护动作跳闸停机 根据测试结论 三门峡风电场接入电网系统电能测试指标 符合国家相关标准规定 但风电机组不能正常运行 三门峡风 电场一期工程共安装东方汽轮机有限公司生产的 fd77a 变速型 风电机 17 台 其配套的变频器均为阿尔斯通公司生产 因风电 机组的保护定值由风电机组厂家设定 此种型号风机设置的不 对称保护定值通常为 最大不平衡电流为大于 5 负序与正序 的比值 延时 0 1s 动作 最大不平衡电压为大于 2 负序与 正序的比值 延时 60s 动作 fd77a 风电机出厂时三相电流 不平衡设定值为 70a 即发电机三相电流 定子电流 转子电流 的任意两相平均值与第三相的差值达到 70 a 延时 5s 后 风电 机主控器发出停机指令 设定值的设定原则是保护风电机组受 电网扰动冲击程度降到最小 风电机组在受到电网扰动时采取 自我保护措施与电网解列 但这种解列会对电网产生影响 尤 其是当风电场装机容量在局部地区占有一定比重 风电场全部 风电机组短时间全部停机 将会导致地区电网有功功率缺额 可能引起大面积停电或更加恶劣的后果 为了尽快改变此种状态 风电场联合风机厂家实施了一系 列技改措施 先是在调整三相不平衡设定值的角度进行试验 但铁路牵引机车单相负荷的时间 空间等不确定性造成对区域 电网电能质量的扰动也不能确定 尤其是电网电能质量扰动中 的电压三相不平衡度 还会在风电机的定子侧引起不平衡电流 根据观察 单一的提高风机保护定值不仅不能满足风电机在网 运行 不平衡电流还会导致风电机定子绕组发热 加剧风电机 的疲劳损耗 不能保证风电机的安全运行 然后试图通过从变频器方面解决三相电流不平衡问题 将 风电场内的两台风电机变频器的功率模块 检测板 控制板进 行了更换 改进了变流器的功率控制部分 将变流器的功率控 制采用新的核心控制算法 从而提高风电机变频器对电网三相 电压不对称的耐受能力和对电网三相电流不平衡的抑制 改造 后的风电机运行并网成功 就此借鉴更换过的变频器控制软件 原理 将现场的其他风机的控制软件程序进行修改 重装升级 且在变频器控制软件中加入谐波抑制调节功能 将牵引机车单 相负荷对电网引起的谐波 三相电压不平衡等诸多不利电能质 量因素通过控制软件的不同算法得以抑制 至此 风电场所有 风机经调试后在电网运行良好 不再出现因不平衡电流原因跳 闸 已适应电网运行 结束语 经过历时一年的技术专题研讨和实施技改 风电机组能够 稳定可靠的在电网中运行 使我们切实感受