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风电并网检测需要进一步规范和完善

2012-07-31 17:30
华静一
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  随着风电的快速发展,大规模风电并网对电网安全运行的影响日益显现,这也对风电并网的技术标准和检测工作提出了更高要求。国家电监会近日发布的《关于加强风电安全工作的意见》,明确了风电企业电力调度机构和并网检测机构等单位在风电并网管理中的职责,对风电场并网安全性评价、风电场并网检测、风电并网运行管理等方面工作提出了要求。

  由中国电力科学研究院负责运维的国家能源大型风电并网系统研发(实验)中心,是国家能源局授权的全国首家具备风电并网检测能力的风电检测机构。依据该机构的风机检测经验进行分析,笔者认为,还应进一步规范和完善风电并网检测。

  风电场并网环节存在隐患

  随着风电装机在电力系统中所占的比例不断增长,风电对电网的影响从局部电网逐渐扩大到主网。近年来,风电机组脱网事故时有发生,随着风电并网容量的增大,这种影响日趋严重。一个风电场集电系统中常见的小故障或附近电网短路故障引起的系统电压波动,就会造成大规模风电机组脱网。如果这种故障趋势持续发展下去,将会导致局部电网瓦解,甚至扩大为大面积停电事故。因此,通过加强风电场并网管理等手段,提高风电安全工作具有十分重要的意义。

  目前,从设计、建设及并网运行各个环节,风电并网安全性均存在一定的问题,而这些问题的累积造成了大面积脱网事故的发生。

  以去年多次发生的风电大面积脱网事故为例,其发生和发展的过程很好地提示了多个环节存在的并网安全性问题,是如何使一个风电场内部的小故障逐步演化为大面积风机脱网事故的。由于风电场内电缆头施工质量问题,引起风电场内35千伏电缆头单相接地故障;由于风电场35千伏集电系统中性点接地方式设计不合理,单相故障不能快速切除,最后导致形成相间永久故障,引起系统电压跌落;由于风电机组并网性能不满足要求,系统电压跌落造成大部分没有低电压穿越能力的风电机组脱网;不具备低电压穿越能力的机组脱网后,由于风电场的无功调节系统不满足并网标准的要求,使系统电压升高,造成剩余风电机组因高电压脱网,最终形成大面积风机脱网事故。针对这些问题,国家电监会和国家能源局发出整改措施,对暴露的问题提出了具体技术要求和整改规定。

  并网风机检测的制约因素

  中国电科院作为中国首家具备风电机组并网检测资质的单位,符合我国试验室认可委员会ISOIEC17025检测和校准实验室能力的要求,同时还具备国家质检总局、认监委颁发的CMA检测资质。检测能力和效率已经达到世界领先水平,目前的检测能力能够满足新并网风电场和新生产风电机型检测的要求。据不完全统计,中国电科院在最近一年完成检测的机型,相当于所有国外检测机构几年检测机型的总和。

  对于目前业内反映的风电机组并网检测存在排队待检的情况,我认为制约因素有以下几点:

  一是风电机组机型数量大,历史欠账过多,检测需求具有一定的集中爆发性。目前,检测中心已经拥有7套移动式设备以及张北风电试验基地,在最近一年时间内,中国电科院已完成50台风电机组的低电压穿越检测及抽检,比国际上其他检测机构的检测总和还要多,但即使这样仍然不能满足需要。一个原因是大量已经投运的不具备低电压穿越能力的风电场集中改造后,需要进行抽样检测;另一个原因是新建风电场所采用的风电机组类型繁多并集中投产,所采用的机型急需要在并网前通过检测。这就造成风电机组的检测需求在短时间内集中体现,但这并不是常态需求。

  二是风电机组通过检测所需时间较长。我国的风机制造商普遍没有建立自身完善的实验检测条件,所送检的风电机组的低电压穿越性能在送检前没有进行调试和验证。2011年,检测设备70%以上的时间在帮助厂家调试和完善风电机组性能,风电机组的检测时间较长,影响了检测效率。外界往往关注我们完成了多少个机型的检测,但事实上,张北风电试验基地对风电产业更大的贡献是为我国风电机组技术水平的提高作出关键性贡献,真正发挥了张北基地作为风电产业公共研发试验平台的作用。进入2012年,送检风电机组的调试和完善所占时间已经不超过50%,这说明风电机组的低电压穿越性能得到了较大提高。机组性能的提高使检测速度大大加快,今年前两个月,张北基地就完成9个机型的低电压穿越检测。

  三是进行风电机组低电压穿越检测需要等待合适的风况。风电并网检测必须在一定的风况条件下才能够进行,其中低电压穿越性能检测大风工况需要风机出力在90%以上。而去年全国的风能资源条件很不理想,大风明显少于往年,检测设备很多情况下都是在等风,极大地影响了检测效率。

  风机检测是一项复杂工程

  风电场机组设备的并网性能已成为影响电网安全稳定运行的主要因素,除了正在运行的风机并网检测,新核准风电项目安装并网的风电机组,也要求检测合格之后才能投入使用。

  一个新型号风机下线后,需要对其进行认证。一般来说,型式认证要从设计评估开始。设计评估分为A类、B类和C类,C类只需对设计文档进行可行性校核,A类和B类则是对风机设计的一个完整分析。此外,还要对风机的9个主要部分进行评估,其中包括控制系统和安全策略、载荷情况、安全系统、叶片、结构、机械部件、电气部件、塔筒和基础,以及吊装、维护和运行等。

  除了设计评估,我们还需要进行工厂检查,其目的是为了保证制造过程能够满足设计的要求,对质量管理体系进行审查,对型式进行试验,因为不同的认证导则对型式试验的要求不同,但主要是功率特性测试、电能质量测试、噪声测试、载荷测试等。

  在出厂调试方面,不同厂家由于设计不同,出厂调试的具体流程也不相同,大致要经过冷却系统试验、防雷、绝缘、变桨、偏航、主控功能等10余项内容的检查。

  下一步,我们的工作主要是进一步提升检测能力,建立完善的风电并网评价体系。主要包括建立与并网特性相关的变流器、主控制器等风电机组零部件检测能力,完善风电机组模型验证和低电压穿越评估能力,建立风电场并网特性评价能力,为开展风电并网安全性评价提供技术支持。

  链接

  长期以来,中国电力科学研究院依托新能源研究所,从事风力发电、光伏发电等新能源发电关键技术研究,以及新能源发电接入系统运行、规划和控制技术研究。它是国家电网公司新能源发电规划管理及并网运行的技术支撑单位,是国内最早专门从事风力发电研究与咨询工作的机构之一。

  新能源研究所下设新能源并网规划与仿真技术研究室、新能源发电并网特性评价研究室、风力发电试验与检测室等12个专业研究室,涵盖了从风力发电到并网的各个环节。该所负责运维的国家能源大型风电并网系统研发(实验)中心承担了大量的风电并网检测任务。

  新能源研究所服务于国家能源发展战略,服务于公司智能电网建设部署。截至目前,新能源研究所共承担包括国家“973”、国家“863”计划、国家科技支撑计划项目、亚洲银行项目、国家能源应用技术研究及工程示范项目在内的多个国家级重大科技项目。该所计划用3~5年时间,发展成为一家国际知名、国内领先的新能源发电技术研究与检测机构。
 

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