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风电设备制造业因安全门降速

作者:电气中国2011.06.16阅读 3428

        在日前国家发改委下发的《产业结构调整指导目录(2011年版)》中,与2005年版目录相比,“十一五”期间无限风光的风电被低调处理。
        2.5兆瓦以下风机不再受政策鼓励
        在指导目录鼓励类新增的新能源门类中,涉及了太阳能、风能、生物质能、海洋能与潮汐能等多方面的内容,而透过对比不难发现,该门类中对太阳能与生物质能所着的笔墨要远远高于风能。
        在10个子项中,提及生物质能的有5项,提及太阳能的有4项,提及海洋能与地热能的有1项,而风电仅在“风电与光伏发电互补系统技术开发与应用”这一子项中被一带而过,其背后透露出的政策含义引人深思。
        业内人士认为,风电在装机规模、政策扶持和技术发展等多方面都远超其他新能源形式,在目前并网与淘汰落后机组等问题尚未解决的情况下,政策更多地对发展相对滞后的太阳能与生物质能更多倾斜,也在情理之中。
        指导目录中还提到部分行业产能过剩矛盾突出,其中惟一涉及新能源的就是风电。
        国家发改委在对指导目录的解读中表示:“诸如风电等部分新兴能源产业投资过热,主要原因是在国家严格调控‘两高一资’等行业固定资产投资的形势下CONTROL ENGINEERING China版权所有,资金大量涌入以新兴产业为主的装备制造业所致。如不及时加以调控,不仅将使企业陷入生产经营困难,还将影响产业自主创新和结构调整的步伐。”
        去年,工信部曾下发《风电设备制造行业准入标准》(征求意见稿)。在该文件中,首次提到新建风机制造企业必须具备生产单机容量2.5兆瓦及以上机组的能力,而在此次国家发改委下发的指导目录第十四条机械门类中,首次明确提出鼓励2.5兆瓦以上风电设备整机及2.0兆瓦以上风电设备控制系统、变流器等关键零部件。
        业内人士认为,这意味着国家在风电产业政策上的调整已经通过该指导目录落到实处,未来不符合政策的风电整机或零配件制造企业,将不会再受政策鼓励。
        日前,中国电监会通报了酒泉风电机组大规模脱网等几起风电事故,其主要原因就是相关并网风机不具备低电压穿越能力。除了对单机容量设限外,该政策言外之意还要进一步淘汰落后的风电机组。这将利好已经在行业内形成龙头地位的相关上市公司,如华锐风电[27.75 -0.93% 股吧]和金风科技[14.57 -2.80% 股吧]。
        风电机组频发大规模脱网事故
        据国家电网近日通报,近期甘肃酒泉等风电场相继发生了3起大规模风电机组脱网事故。
        2011年2月24日CONTROL ENGINEERING China版权所有,甘肃中电酒泉风力发电有限公司桥西第一风电场35B开关间隔C相电缆头故障绝缘击穿,造成三相短路,导致包括桥西第一风电场在内的10座风电场中274台风电机组因不具备低电压穿越能力,在系统电压跌落时脱网。大量风电机组脱网后,因风电场无功补偿装置电容器组不具备自动投切功能,系统无功过剩,电压迅速升高,引起6座风电场中300台风电机组因电压保护动作脱网。此外,事故过程中还有24台风电机组因频率越限保护动作脱网。这次事故脱网风电机组达到598台,损失出力840.43MW,占事故前酒泉地区风电出力的54.4%,造成西北电网主网频率由事故前的50.034Hz降至最低49.854Hz。
        2011年4月17日,甘肃瓜州协合风力发电有限公司干河口西第二风电场35C2 -09箱变高压侧电缆头击穿、35D2 -10箱变电缆三相连接处击穿,35C2、35D2两条馈线跳闸,切除25台风电机组。随后,35kV配电室35D母线PT柜着火,3502开关跳闸,切除97台风电机组。事故同时造成其他12座风电场中536台风电机组因不具备低电压穿越能力,在系统电压跌落时脱网。大量风电机组脱网后,因部分风电场无功补偿装置电容器组不具备自动投切功能,系统无功过剩,电压迅速升高,引起2座风电场中44台风电机组因电压保护动作脱网。脱网风电机组达到702台,损失出力1006.223MW,占事故前酒泉地区风电出力的54.17%,造成西北电网主网频率由事故前的50.036Hz降至最低49.815Hz。
        2011年4月17日,河北张家口国华[0.14 -0.71%]佳鑫风电场8号风机箱式变压器35千伏送出架空线B相引线松脱,与35千伏主干架空线路C相搭接www.cechina.cn,B、C相间短路,造成汇集至220千伏义缘变电站的4座风电场 334 台风电机组,因不具备低电压穿越能力,在系统电压跌落时脱网。大量风电机组脱网后,因部分风电场无功补偿装置电容器组不具备自动投切功能,系统无功过剩,电压迅速升高,引起接入察北站的5座风电场295台风电机组因电压保护动作脱网。脱网风电机组达到644台,损失风电出力854MW,占事故前张家口地区风电出力的48.5 %,造成华北电网主网频率由事故前的50.05 Hz降至最低49.95 Hz。
        国家电网分析认为,3起风电机组大规模脱网事故,暴露出当前风电发展过程中存在四大安全问题。
        一是在设备制造方面,已投运风电机组多数不具备低电压穿越能力,不满足接入电力系统技术规定,在电网出现故障导致系统电压降低时容易脱网。
        二是风电场建设施工质量问题较多,部分项目业主工程质量管理不严,工程质量检查、检测、控制和验收制度执行不到位;一些施工单位施工质量管理以及监理单位对工程施工质量的监督管理不到位。
        三是在风电场接入方面,大规模风电场接入电网整体安全性研究亟需加强,部分基层电网企业对风电场接入管理不严,投运风电机组未执行并网协议规定的低电压穿越能力承诺,并网风电场未通过并网安全性评价接入电网运行。
        四是在风电场运行方面,一些风电场运行管理存在薄弱环节,安全管理制度不健全,现场运行规程不完善,对二次系统和无功补偿装置重视不够,无功管理和二次系统管理吗,没有达到电网安全要求;电力调度机构对风电场二次系统和无功补偿装置监督管理不力,没有核查风电场保护定值(电压、频率保护),没有有效监督管理风电场无功补偿装置配置和参数整定。
        “十二五”期间,我国风电将继续保持快速发展,风电机组对电力系统安全运行的影响很大。为此,中国电监会印发了《关于切实加强风电场安全管理 有效遏制大规模风电机组脱网事故频发的通知》,要求做好以下几个方面工作。
        一是风电场运行管理单位要全面落实企业安全生产主体责任,建立健全安全生产规章制度,强化作业人员安全教育培训,加强设备设施的运行维护,认真开展电气设备及其连接部件隐患排查治理。
        二是并网运行风电场应满足接入电力系统的技术规定,风电机组必须具备低电压穿越能力,不具备低电压穿越能力的,要尽快制定切实可行的低电压穿越能力改造计划。
        三是并网运行风电场无功容量配置和有关参数,整体应满足系统电压调节需要,配置的无功补偿装置要切实做到运行可靠。
        四是电力调度机构要加强风电场二次系统监督管理,开展涉网保护定值(电压、频率保护)的核查和备案工作,指导风电场按电网要求进行涉网保护定值整定。
        五是风电场建设单位要加强工程质量过程管理,严格落实工程质量检查、检测、控制和验收制度,确保工程建设质量。监理单位要加强工程质量监理,对于隐蔽工程要列入旁站监理并严格执行。
        六是电力监管机构要加强对风电场的监督管理,督促风电场积极整改缺陷和隐患,加快风电场并网安全性评价工作进展,确保电网运行安全。
        风电并网技术:无功电压控制是发展方向
        风力发电作为目前世界上可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一,由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用,越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和利用。
        根据我国风电发展规划,我国将在甘肃、内蒙古、新疆、河北、山东、吉林和江苏建立8个千万千瓦级风电基地,预计到2015年要建成5808万千瓦,2020年要建成9017万千瓦,占全国风电装机总容量的78%。
        由于我国陆上风能资源主要集中于“三北”地区,因此对于位于电网末端的风电基地,除了具有常规风力发电的共性问题以外,还存在许多特殊的个性问题,包括系统稳定、输送能力、调频调峰和电量消纳等,其中无功电压问题是风电场并网运行关注的主要问题之一,需要采取措施对风电场无功电压进行有效调节。
        国内即将出台的风电并网新国标中,不仅要求风电机组具有无功电压调节能力,也要求具备低电压穿越能力。新国标的颁布将促进风电相关产业技术向更加电网友好型方向发展,实现对风电更大规模的平稳消纳。
        早期的风电机组主要采用异步发电机,它们不具备维持和调节机端电压水平的能力,在运行时还要从系统吸收无功功率。相应地,风电场需要装设固定装置进行补偿,随着电力电子技术的发展,出现了SVC和STATCOM等动态无功技术,风电场就采取固定电容+动态无功补偿装置的方式对无功进行控制。
        近年来,针对风电场的电压稳定而进行的无功补偿问题,一直是电力企业和相关研究机构关心的热点。在此背景下,国内科研机构逐渐开展了对风电场无功控制技术的研究,包括风电机组无功控制技术、风电场无功补偿装置、FACTS装置协调控制等方面。
        随着风电技术的发展,风电机组从原来的不具有无功控制能力发展到能够输出一定的无功。目前,双馈式异步风力发电机组和永磁直驱风力发电机组是主流的机型。
        双馈式异步风力发电机组通过控制实现有功/无功的解耦,具备一定的动态调节无功输出的能力;而永磁直驱风力发电机组由于通过全容量与电网连接,能够灵活地对无功进行控制。这两种风力发电机组都具备以恒电压模式工作的能力,可以在一定程度上实现对无功和电压的控制。
        为适应不同场合的需要,适用风电场的无功补偿装置已发展出多种类型,它们的所需成本不尽相同,对电网电压的暂态特性影响也不一样。
        一、并联电容器。并联电容补偿可用断路器连接至电力系统的某些节点上,并联电容器只能向系统供给容性的无功功率,具有投资省,运行经济、结构简单、维护方便、容量可任意选择的特点。缺点一是因调节不平滑呈阶梯性调节,在系统运行中无法实现最佳补偿状态二是投切响应慢,不宜频繁操作,因而不能进行无功负荷的快速跟踪补偿。三是由于开关投切电容器是分级补偿,不可避免出现过补偿和欠补偿状态。四是电压下降时急剧下降,不利于电压稳定。
        二、有载调压变压器。有载调压变压器(OLTC)不仅可以在有载情况下更改分接头CONTROL ENGINEERING China版权所有,而且调节范围也较大,通常可有UN±3×2.5%或UN±4×2.0%,既有7个至9个分接头可供选择。因而,有载调压器OLTC是电力系统中重要的电压调压手段,但变压器不能作为无功电源,相反消耗电网中的无功功率,属于无功负荷之一。
        变压器分接头(抽头)的调整不但改变了变压器各侧的电压状况,同时也对变压器各侧的无功功率的分布产生影响。在某些情况下,OLTC按其升降逻辑改变分接头时,非但没有改善电压条件,反而会使之更加恶化,甚至引起电压崩溃。
        三、静止无功补偿器。静止无功补偿器通常是由并联电容器组(或滤波器)和一个可调节电感量的电感元件所组成,与并联电容器的区别是能够跟踪电网或负荷的无功波动,进行无功的实时补偿,从而维持电压的稳定。静止补偿器可以提高电压稳定极限值控制工程网版权所有,装设在系统中部节点上有很好的作用,在技术经济比较中往往成为优选方案。
        四、静止同步补偿器。其基本电路分为电压型桥式电路、电流型桥式电路。由于运行效率的原因,迄今投入使用的大都采用电压型桥式电路。具有5个优点:调节速度快、运行范围宽、调节范围广、元件容量小、谐波含量小。
        随着风电技术、电力电子技术和控制技术的发展,未来风电场无功控制技术将以“闭环”控制为主,通过风电机组、无功补偿装置以及电网的协调优化运行,实现对风电场无功的有效控制。
        在产品应用方面,GE风能已经研发出一种闭环风电场电压控制,称之为“动态无功控制”(WindVAR)。动态无功控制可以向电网提供无功并稳定电压。带有动态无功控制的风机,电压的控制和调节都是通过安装于风机上的电力电子装置来实现进行的。
        欧洲相关电力公司和技术机构、美国风能协会(AWEA)等都制定了相关风力发电导则和IEEE-1547(分布式电源与电力系统接入标准),包括了电压稳定控制/无功补偿方面的内容,要求确保风电场母线电压稳定在一定范围内,并保证电能质量合格。
        
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