风电机组的低电压穿越测试
风电机组低电压穿越测试相关技术探讨
风电机组低电压穿越测试相关技术探讨作者：陆轶来源：《决策探索·收藏天下（中旬刊）》 2018年第4期摘要：本次研究的主要目的就是针对风电机组低电压穿越测试的相关技术进行深入分析和探讨，希望能够满足实际的电力工作需求，也为风电大规模的融合体系保证安全生产的实际需求。
关键词：风电机组：低电压：穿越测试：技术探讨伴随时代的不断发展，以及科学技术的不断进步，风电机组的技术发展得到了空前的进步。
因为西北地区发生多次风电机组的低电压穿越能力缺失情况，影响了风电场的网络脱离情况，并且导致出现大型的事故问题，严重影响电力工作正常运作和执行。
本次研究就针对风电机组的低电压穿越能力进行检测技术的研究，根据国家电网的明确规定进行深入研究，了解并网情况下风电机组实际工作的需求，然后检测低电压的穿越能力水平，并进行细致的测试，满足研究需求。
一、低电压穿越测试（一）低电压穿越测试内容根据风电场接入的电力体系技术相关规定内容能够了解到，风电设备在风电场与网点电压相融合的情况下呈现出低电压穿越的曲线情况，实际的曲线穿越呈现出上方状态时，风电机组的设备应当避免出现脱离网络连接的运行情况。
通过应用具有CNAS资质的单位进行风电机组的设备低电压穿越能力测试，根据我国实际ID电机组低电压穿越测试情况进行和观察，测试的范围具体信息如下，P≥90%的情况为大功率的输出情况，10%≤P≤30%的小功率输出情况。
针对不同的情况进行风电机组电压的观察，了解到电压下降的情况依次为90%、75%、50%、35%以及20%的情况，然后进行能力的验证，测试需要连续进行两次，然后保证测量的准确性，存在不同电压下降情况和国家的标准存在差异性，考核的实际内容如表1所示。
（二）低电压穿越测试原理关注本次研究需求进行相关文献资料的收集，了解到Measurement and as sessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines的相关规定，阻抗分压的形式在电压出现跌落的情况下出现。
风力发电机组低电压穿越能力的试验分析
风力发电机组低电压穿越测试与分析
Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｎａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ Ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｒ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｏ ｆ ｗｉ ｎｄ
ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎｅ ￣ｅ ｎｅ ｒ ａ ｔ ｏｒ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ
３ ． Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ Ｗ ｅ ｔ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｈ ｏ ｈ ｈ ｏ ｔ Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ ０ １ ０ ０ ２ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｗｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｎ ｐ ｏ ｗｅｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｗｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｎ ｄ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏｕ ｓ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｇｒ ｉ ｄ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｐ ｏｌ ｏ ｇ ｙ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ＤＣ ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ
风电机组低电压穿越测试相关技术分析
风电机组低电压穿越测试相关技术分析【摘要】风电接入电网的比例逐渐增大，同时也带来了相应的电网安全隐患。
为避免因风电脱网而造成大面积停电事故，对风电机组低电压穿越能力进行测试十分必要。
保证风电机组低电压穿越能力是风电大规模接入系统的重要前提。
本文阐述了风电机组低电压穿越测试的相关内容，并分析了如何选择低电压穿越测试的相关参数，提出了加强管理风电机组低电压穿越能力的相关意见。
【关键词】风电机组；低电压穿越能力；测试；技术0.前言近年来，风电在电网中的渗透比率越来越大，带来了很好的社会效益，同时也取得了相当可观的经济效益。
但风电机组由于没有具备低电压穿越能力，而导致大面积脱网事故的现象时有发生，引起了国家有关部门的高度重视。
为此，国家电网颁布了《关于开展并网风电机组低电压穿越专项检测工作的通知》和《关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知》[1]，要求对风电机组低电压穿越能力进行测试，检测不合格的应进行升级改造，以确保风电接入电网的安全运行。
1.低电压穿越测试的原理和内容1.1低电压穿越测试的原理根据低电压穿越测试的原理要求，电压跌落必须以阻抗分压的形式出现。
而串联阻抗能够减少短路电流对电网的冲击力度，且对风机无显著的暂态响应。
电压跌落前后，串联阻抗可连接其中一个旁路开关，依靠并联阻抗连接短路开关产生电压跌落。
世界上现有两种低电压穿越测试设备：低压侧低电压穿越测试设备、中压侧低电压穿越测试设备。
这两种测试设备具有相同的基本原理，具有等效的并网点电压跌落效果，并得到国际认证。
1.2低电压穿越测试的内容影响风电机组低电压穿越特性的因素很多，诸如主控系统、变桨系统、变频器等，任意一项出现问题都可能会影响低电压穿越特性，造成潜在的脱网事故隐患。
因此，对风电机组进行低电压穿越能力检测非常重要。
⑴低电压穿越测试的形式：一般分为低电压穿越能力抽检测试、低电压穿越能力认证测试两种。
低电压穿越能力抽检测试是指风电机组已经在风电场，且具备了低电压穿越能力认证合格证书之后，对其再次进行抽样试验的测试。
华润电力桥湾第一风电场风电机组通过低电压穿越能力测试
华润电力桥湾第一风电场风电机组通过低
电压穿越能力测试
9月初，为贯彻国家能源局、电监会、国网调度中心相关文件的要求，甘肃电科院新能源所积极投入、按期开展了低电压穿越能力测试的工作。
院领导也非常重视这项工作，多次赴测试现场进行了指导。
首次抽检工作以甘肃电科院为主、中国电科院提供指导和技术支持;被测风电场是华润电力桥湾第一风电场，总装机容量201MW，安装有34台金风82/1500、100台东汽FD77B型机组，通过玉桥330kV线送出;抽检的机组为A5-05和A6-11，均为金风机组。
2台机组分别完成了大风三相、二相不平衡跌落、小风三相、二相不平衡跌落等工况的试验，试验成果正在整理;初步结果表明：改造后的机组具备了基本低电压穿越能力，但风电场的低电压穿越能力尚待后期参数实测和仿真验证。
这次抽检测试的工作，在全国首次开展，具有重要的示范作用;就测试工作本身而言，也是风电产业发展到一定时期所必须进行的产业技术创新和升级过程中的一个重要的组成部分。
甘肃电科院新能源所的同志，为了该试验工作付出了艰苦的努力，自本年度4月初即进入现场，学习相关知识和测试方法，工作态度和能力得到了国家能源局、电监会、中国电科院、西北调控中心等的认可，终于率先在全国承担并开展了抽检工作。
风力发电机组低电压穿越技术探析
风力发电机组低电压穿越技术探析摘要：近年来，随着科技水平的不断提高，风力发电技术体系日益成熟，风电产业规模呈现出爆发式增长态势。
但在接入电网出现运行故障、电压异常波动时，将会对风电系统与风力发电机组的运行状态造成影响，可能出现风电机组脱网解列问题，对发电企业造成严重的损失。
因此，本文围绕风力发电机组低电压穿越技术的应用问题进行探讨，希望通过改善风电机组低电压穿越性能，解决这一问题。
关键词：风力发电机组；低电压穿越技术；应用一、风力发电机组低电压穿越技术概述1.技术原理风电机组低电压穿越技术是当风力发电系统所接入电网出现各类运行故障、电压跌落现象时，将会实时向所接入电网提供无功功率支撑，以此做到对电网正常运行状态的快速恢复，在短时间内将跌落的电压值调整至安全范围，避免风电机组出现局部或是大规模脱网现象。
根据低电压穿越技术要求可知，在电网电压异常波动时，如若实时电压值、故障发生时间处于风机跳闸区域时，将会对风电机组采取必要的脱网解列措施，避免风电机组受到外部因素影响出现损坏问题。
而在实时电压值、故障发生时间保持在曲线上方区域时，会持续向所接入电网提供无功功率，风电机组将保持并网运行状态。
2.技术标准现阶段，在应用低电压穿越技术时，为取得应有的技术作用，保障风电机组运行安全稳定，必须满足不脱网运行、具备无功支持以及有功恢复使用功能的技术应用标准，具体如下。
（1）不脱网运行。
在风电场运行过程中，如若实时并网点电压值稳定保持在相应电压轮廓线上方区域中，要求风电机组稳定保持为并网运行状态，禁止风电机组出现脱网解列现象。
在电网电压脱落后，风电机组将在一定时间内仍旧保持并网运行状态，提供无功功率补偿，将电网电压值快速提升至额定值。
如若电网电压值在一定时间没有得到有效恢复、处于电压轮廓线下方区域时，将风电机组从电网中切出。
（2）无功支持。
根据技术实际应用情况来看，在出现电网三相电压对称跌落、并网点电压小于额定值90%现象时，都将对所接入电网提供无功电流，起到控制电网稳定运行、快速恢复正常电压值的作用。
风电场低电压穿越试验对集电线路保护的影响
只有做 好 日常的维护与保养 ，才 能保 证干 式变
压 器 的 正 常运 行 。
行的温度范 围内，要经常查看温控 器的显示温
度 是 否 在 正 常 范 围 内 ， 以及 测 温 报 警装 置 是 否
（ １ ）在干 式变压器 运行过程 中 ，在确 保 接件进 行紧固处理 。拧螺母 时，为 了避 免造成
【 关键 词 】低 电压穿越 试验 集电线路保护 风
机 脱 网
低 穿 试 验 装 置
图１ ：风机低穿试验模型 近年来，风 力发电的对于解决能源危机 、 环境 污染等方面有着十 分重要的意义 。云南省 风 电装机 容量也逐年增加 ，然而，在 出厂时 己 完成 低 电压穿越试验 的风 力发 电机 ，在并 网运 行 的过程 中仍有部分机 组不满足低 电压穿越 能
因 此 ， 有 必 要 在 风 机 并 网运 行 时 开 展 风 电 机 组
的低电压穿越试验 。
穿试验过程 中其他机 组正常运行 ，不会受到试
验影响而脱 网。
本 文 根 据 风 机 低 穿 试 验 模 型 ， 计 算 低 穿
试验装置保护定值 ，并结合 电网保护定值 ，对 正常运行方式 下和故 障情况下，分析低穿试验
迫空气冷 却两种方式 。由于变压 器过 负荷时 ，
其 负 载 损 耗 和 阻 抗 电压 增 加 较 大 ， 变 压 器 的 温
时，还 要观察绝缘表面有无爬 电痕迹 和碳 化现
象 ，若 有 应 采 取 相应 的 措 施 进 行 处 理 。
（ ２ ）可通过 观察法和 嗅觉法 ，定期对风
习与实践 ，掌握干式变压器 的结 构原理、安装
风电机组低电压穿越能力抽检管理办法实施细则(新)
风电机组低电压穿越能力抽检管理办法实施细则第一条为贯彻落实国家电网公司《风电机组低电压穿越能力抽检管理办法》，促进西北电网风电机组低电压穿越工作有序开展，制定本细则。
本细则适用于西北电网风电机组低电压穿越抽检测试工作。
第二条西北电网风电机组低电压穿越检测计划由西北电力调控分中心统一制定，根据调管范围由相应的调度机构组织实施。
第三条待检测风电场应根据检测计划，提前十天向电网调度机构提出抽检测试申请并附机型配置说明（见附件1）、安全防范措施及现场联系人员名单。
调度机构批准后，提前一周与检测机构联系，商定前期准备工作。
第四条同一型号的风电机组，主控或变流器不同的应视为不同机型。
抽选机组时，每个风电场每种机型应至少抽取一台。
第五条抽签前，风电场应对故障而无法参与抽签的机组进行书面声明（附照片），并提交电网调度机构及检测机构。
第六条抽签确定待测机组后，风电场应通过调度直通电话向调度机构备案待测机组及所属集电线路编号。
第七条抽签结束后，检测机构会同风电场、主机厂商登机核定机组型号（含主控及变流器），确认机组无任何附加通讯、监测设备后，封锁机组塔筒门。
检测期间，不允许再进入机组塔筒。
若发生机组故障等特殊情况，需要打开塔筒门，风电场须得到调度机构的许可方可开展相关工作。
第八条具备检测条件后，风电场与检测机构须签订准备工作确认单（见附件2），并提交调度机构备案。
风电机组低电压穿越抽检测试工作杜绝任何形式的预抽检。
第九条检测内容为：在大功率（>90%额定功率）和小功率（10%-30%额定功率）工况下、三相及两相电压跌落至0.2倍额定电压时，检测验证风电机组是否具备低电压穿越功能。
受检机组连续两次均穿越成功方可认为通过，若有一次穿越失败即认为未通过。
第十条检测期间，风电场可向电网调度机构书面申请退出风电场小电流接地选线装置，装置退出后，除待检测机组所属线路外，其余集电线路均应退出运行。
第十一条风电场须在检测结束前，向检测机构提供风电机组测试参数说明（见附件3）。
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7
并网导则要求
多个并网导则测试方案的例子
测试序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
功率 > 0.9 Pn > 0.9 Pn > 0.9 Pn > 0.9 Pn > 0.9 Pn > 0.9 Pn 0.1 – 0.3 Pn 0.1 – 0.3 Pn 0.1 – 0.3 Pn 0.1 – 0.3 Pn 0.1 – 0.3 Pn 0.1 – 0.3 Pn
3 * 1(1-2) 110% (5 - 6) 56,60 166,87 72,7
3 in series 100 % (4 - 6)
0
0
68,62
0
0,0
3 in series 100 % (4 - 6)
1(1-3)
90% (4 - 7) 68,62 8,63 10,3
3 in series 100 % (4 - 6)
2 * 1(1-2)
90% (4 - 7) 56,60 77,83 55,4
3 in series 90 % (4 - 7)
2 * 1(1-2) 100% (4 - 6) 56,60 94,31 60,1
3 i2) 110% (5 - 6) 56,60 111,25 63,9
Connection 2-3
Short Circuit Reactance (X sc), rated current 22,2 A
Average
Average
Link 4-7
% Tap Inductance (L)
90%
123.88 mH
Reactance (XL) 38.92 Ohm
4-6
100%
3
并网导则要求
并网导则要求－－范例 (欧洲国家,基于 IEC 61400)
电压在曲线以上时，风电机组必须保持不脱网 测试必须模拟近端以及远端2相及3相电网故障 测试必须在额定功率Pn 的10-30%和大于90%情况下执行 开发具备离散的电压跌落水平的测试方案适合于并网导则的具体特点
3 in series 90 % (4 - 7)
3 * 1(1-2)
90% (4 - 7) 56,60 116,75 65,1
3 in series 90 % (4 - 7)
3 * 1(1-2) 100% (4 - 6) 56,60 141,47 69,3
3 in series 90 % (4 - 7)
3 in series 90 % (4 - 7) 1(1-2)* + 1(1-3) 100% (4 - 6) 56,60 61,53 49,5
3 in series 90 % (4 - 7) 1(1-2)* + 1(1-3) 110% (5 - 6) 56,60 76,96 55,1
3 in series 90 % (4 - 7)
21.83 Ohm
Test
Number
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66
4
并网导则要求
并网导则要求－－范例 (欧洲国家,基于 IEC 61400)
电压在曲线以上时，风电机组必须保持不脱网 测试必须模拟近端以及远端2相及3相电网故障 测试必须在额定功率Pn 的10-30%和大于90%情况下执行 开发具备离散的电压跌落水平的测试方案适合于并网导则的具体特点
光伏发电设备) 需要证明符合这些 并网导则
-> 需要制定测试程序和测试设备
2
并网导则要求
并网导则要求－－范例 (欧洲国家,基于 IEC 61400)
电压在曲线以上时，风电机组必须保持不脱网 测试必须模拟近端以及远端2相及3相电网故障 测试必须在额定功率Pn 的10-30%和大于90%情况下执行 开发具备离散的电压跌落水平的测试方案适合于并网导则的具体特点
并网导则要求
一般要求 测试方案的发展
测试设备
主要组件和功能 基本参数
1
引言 – 低电压穿越测试的动机
一般要求: 电网故障时的行为
电网电压跌落期间与电压强相关的 无功功率发生情况
在确定电压-时间限制下的低电压穿 越能力
并网导则由输电网运行商制定 分布式发电设备 (例如：风电机组,
1(1-3)
110% (5 - 6) 56,60 21,33 25,4
3 in series 90 % (4 - 7) 1(1-2) || 1(1-2) 90% (4 - 7) 56,60 19,46 23,7
3 in series 90 % (4 - 7) 1(1-2) || 1(1-2) 100% (4 - 6) 56,60 23,58 27,3
150.10 mH
47.16 Ohm
5-6
110%
177.06 mH
55.62 Ohm
Link 4-7 4-6 5-6
% Tap 90% 100% 110%
27.47 mH 45.74 mH 67.90 mH
8.63 Ohm 14.37 Ohm 21.33 Ohm
Link 5-6
% Tap
69.50 mH
Reactance (XL)
4-7 4-6 5-6
90% 100% 110%
60.06 mH 72.81 mH 85.59 mH
18.87 Ohm 22.87 Ohm 26.89 Ohm
Link 4-7 4-6 5-6
% Tap 90% 100% 110%
13.39 mH 22.28 mH 33.13 mH
剩余电压 0% 10 % 20 %
47.5 % 75 % 80 % 0% 10 % 20 % 47.5 % 75 % 80 %
8
持续时间 250 ms 250 ms 500 ms 900 ms 2000 ms 2000 ms 250 ms 250 ms 500 ms 900 ms 2000 ms 2000 ms
(-> 测试设备的额定容量,接地方案工作)
技术方面
与风电机组功率匹配的足够的短路容量 低电压穿越测试对中压网络的影响
基本参数
Un
系统电压
Sk,min 连接点的最小短路容量
PWEC 风电机组的额定功率
ΔUGRID,max
连接点的最大允许电压跌落值
11
测试设备– 超过200个的组合方案
Max allowed ΔU
35.0 kV 20.2 kV
50 Hz 200 MVA 1.5 MW
10 %
Z Grid I rated
Ratio Pwec / Ssc Min = 3 Max = 10
6.125 Ohm 25 A
Calculation only with inductances, not taking into account current feed from the WEC. Net (total) impedance has been taken into account.
0
0
56,60
0
0,0
3 in series 90 % (4 - 7)
1(1-3)
90% (4 - 7) 56,60 8,63 12,1
3 in series 90 % (4 - 7)
1(1-3)
100% (4 - 6) 56,60 14,37 18,6
3 in series 90 % (4 - 7)
CB1
CB_GRID
CB_WEC
GRID
WEC Xsr
CB2 CB3
Xsc
to fill in calculated
System Voltage ( Δ ) Phase to Earth Voltage System Frequency Short cicuit power Ssc Rated Power WEC
Connection
1-2 1-2 1-2
Connection 1-3 1-3 1-3
Connection 2-3
Connection 1-2
Series Reactance (X sr), rated current 44,5 A
Average
Average
Link
% Tap Inductance (L)
1(1-2)
100% (4 - 6) 56,60 47,16 42,9
3 in series 90 % (4 - 7)
1(1-2)
110% (5 - 6) 56,60 55,62 47,0
3 in series 90 % (4 - 7) 1(1-2)* + 1(1-3) 90% (4 - 7) 56,60 47,55 43,1
多种并网导则
5
并网导则要求
并网导则要求－－范例 (欧洲国家,基于 IEC 61400)
电压在曲线以上时，风电机组必须保持不脱网 测试必须模拟近端以及远端2相及3相电网故障 测试必须在额定功率Pn 的10-30%和大于90%情况下执行 开发具备离散的电压跌落水平的测试方案适合于并网导则的具体特点
3 in series 90 % (4 - 7) 2 * 1(1-2) + (1-3) 90% (4 - 7) 56,60 86,46 58,0