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酒泉風電集中并網對電網安全穩定的影響

文檔作者：周吉安文檔來源：甘肅省電力公司		點擊數：	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
酒泉風電集中并網對電網安全穩定的影響
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建成投產，酒泉成為全世界集中并網規
模最大的風電基地；但同時，風電場事故頻發，尤其是近期連續發生多次鳳電機組大面積脫網事故，
對電網造成了巨大的沖擊。以近期酒泉鳳電基地發生的典型事故為例，介紹了事故的基本情況，-分
析了事故原因，研究了大規模風電集中并網對電力系統安全穩定的影響，并提出應對措施與建議。
[關鍵詞]風電；集中并網；穩定運行
1 基本情況
甘肅電網位于西北電網中心，是跨省水火互
濟、潮流交換的樞紐，在保證西北電網安全穩定運
行方面承擔著重要責任。幾十年以來，甘肅電網在
維持西北電網安全穩定運行方面發揮了重要作用。
隨著750 kV新疆聯網工程的竣工投產，在實現西
北5省區聯網的同時，也形成了超過2 000 km雙
回750 kV線路、串聯7個變電站的典型弱電網結構，
甘肅電網安全穩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
基地已經完成吊裝的風電機組容量達550萬kW，
其中已經并網投產的有387．4萬kW。2011年上
半年已經完成吊裝的風電機組若全部并網投產，屆
時酒泉風電基地將成為全世界集中并網規模最大的
風電基地。由于當地負荷消納能力有限，酒泉風電
基地大規模上網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
電網安全穩定運行的風險進一步增加。
在正常運行情況下，風電大規模集中并網就存
在調頻調峰、送出、消納和系統穩定等技術問題，
增加了電網運行管理與控制的難度。在風電或電網
事故情況下，風電不僅不具備常規電源的緊急控制
能力，反而會導致風電機組大規模集中脫網，嚴重
影響電力系統安全穩定運行。2011-02-24以來，
酒泉風電基地頻繁發生風電機組大面積脫網事故，
引起河西地區乃至甘肅電網系統電壓、頻率大幅度
波動，對甘肅電網安全穩定運行構成了嚴重威脅。
2 風電場接入系統情況
酒泉風電基地的一期工程主要集中在玉門、瓜
州2個區域內，一期工程550萬kW 電量分為2部
分接人系統：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，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，大部分風電
電量通過2010年建成投產的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。
目前已經建成投產了5座330 kV升壓站、l4
臺主變，投產的330 kV升壓站變電總容量336萬
kVA。酒泉風電基地已經有25座風電場、2 776
臺風電機組建成投產，并網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，其中瓜州地區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；玉門地區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。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，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)
根據統計，2011-04-10，甘肅省風電日發電
量達到5 519萬kW·h，占當日甘肅省統調用電量
的24．51％。2011-04-22，甘肅省風電最大發電出
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；其中發生風
電機組脫網超過100臺、影響范圍較大的故障就有
7次。“2．24”事故以來連續發生多起甩風電出力
超過80萬kW 的嚴重脫網事故，近期連續2次事
故更是不斷刷新了風電機組脫網記錄，不僅導致電
力系統電壓、頻率大幅度波動，而且直接威脅到電
力系統的安全穩定運行。
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生C相擊穿，
后發展為三相短路故障，導致系統電壓大幅跌落，
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，共甩
出力約41萬kW。同時，由于瓜州地區大部分風
電場升壓站集中安裝的動態無功補償設備(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，導致風電場繼續向電網注入
大量容性無功，使得電網系統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。整個事
故過程中共導致598臺、84萬kW 風電機組脫網，
敦煌750kV變電站母線電壓短時間在67％～l10％
一9一
的額定電壓范圍內大幅度波動，并造成西北主網頻
率最低降至49．854 Hz，直接影響到該地區用戶的
電能質量。
該事故引起了國內廣泛的關注，國家電監會專
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8座風電場171臺風電機組脫
網，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，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。
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，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700臺風電機組脫網，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，玉門地區所有風電場脫網、甩出力
47．9萬kW；同時引起瓜州地區風電機組脫網、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、甩出
力153．5萬kW，不僅創造了多項風電集中脫網記
錄，而且對電網的安全穩定運行造成巨大的沖擊。
4 酒泉風電集中并網對電網安全穩定的影響
4．1 電力系統電壓控制問題
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電壓短時
間跌落時大量風電機組脫網，導致河西電網有功功
率、無功功率大幅度波動，嚴重威脅了電網的安全
第13卷(201 1年第6期) 電力安全技術
穩定運行。
4．1．2 電力系統電壓控制問題
酒泉風電基地位于甘肅電網最西端，屬于典型
的弱電網結構，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，電網電壓也相應大幅度變化，使得河西電網電
壓控制難度明顯增加。2011-02-24以來的多次事
故中，河西電網電壓大幅度波動是風電對于電力系統
電壓影響的典型案例，不僅大幅度增加了系統電壓
控制的難度，而且直接威脅到電力系統的安全穩定。
4。2 系統無功協調控制
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
數方式投入運行，功率因數設定為l，關閉了風電
機組發無功的能力，使風電機組不具備在線調整功
率因數的能力。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安全穩定影響巨大。另
外，分散在風電場的靜止無功補償設備沒有實現集
中控制，也增加了電力系統調度處理事故的難度。
4．3 電網頻率穩定影響
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，在正常狀態下以水電為主、火電
為輔的調節方式完全能夠滿足風電波動引起的電
網一次調頻要求。但河西750 kV電網是典型的遠
距離、大容量、弱聯系同步輸電系統，當位于電
網末端的酒泉風電基地發生事故時，將導致系統
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3次事故狀態下均導致電力
系統頻率越限，風電基地頻率穩定控制的風險增加。
5 應對措施與建議
(1)在遠離負荷中心建設大規模風電基地，風
電集中接人系統不僅增加了正常運行管理的難度，
在事故狀態下系統無功電壓和頻率等方面的控制難
度更大，電力系統安全穩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安全穩定運行影響巨
大，大規模集中并網的風電場必須加強風電機組選
型及功能配置的管理，使得大規模集中并網的風電
機組主要性能技術滿足電力系統的需求。
(3)加快風電場集群控制系統的研究與開發，
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?、緊急安全穩定控制
能力，降低大規模風電集中并網對于電力系統安全
穩定的風險。
(4)研究針對風電場低壓饋線網絡的中性點接
地方式，開發相應的繼電保護裝置，當低壓饋線發
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的安全穩定運行。
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[J]．電力建設．2010，1：101～104．
2 肖創英，汪寧渤，陟晶，丁坤． 甘肅酒泉風電出力
特性分析[J]，電力系統自動化，2010，34(17)：64～67．
3 肖創英，汪寧渤，丁坤，陟晶．甘肅酒泉風電功率調
節方式研究[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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