2023年高階技師評審之
風電大規模接入系統的750kv變電站
執行與管理
工作單位：甘肅省電力公司檢修公司
作者：李忠東
聯絡位址：甘肅省酒泉市
申報日期： 2023年8月
風電大規模接入系統的750kv變電站執行與管理
李忠東（甘肅省電力公司檢修公司，甘肅酒泉 735000）
〔關鍵詞〕風電接入執行管理
摘要：風電大規模接入對750kv電網頻率、電壓的穩定性產生影響，導致750kv電網頻率、電壓穩定水平降低。國家電網公司2023年出台了《風電場接入電網技術規定》，規定風電機組必須具備低電壓穿越能力。
但是，酒泉風電基地2023年就已完成裝置招標，酒泉市能源局統計結果：酒泉地區風電機組至少70%不具備低電壓穿越能力。面對這種短期內無法更改的執行條件，通過分析酒泉地區氣象條件變化、電壓無功、有功功率、潮流等引數對風電上網執行方式下750kv電網執行穩定性的影響，「全體人員、全面、全過程」事故分析，制定並實施了《750kv敦煌變電站穩定執行管理規定》、《風電接入執行方式下750kv敦煌變執行維護管理細則》、《750kv敦煌變風電機組脫網事故應急預案》、《750kv敦煌變風電機組脫網事故處理方案》，有效遏制了大規模風電機組脫網事故，實現了750kv敦煌變安全長週期執行。
前言：風電事業正逐步向產業化邁進,它的執行狀況直接關係到整個電網的安全性和可靠性。為了更加安全、充分的利用風力資源，需要深入研究大規模風電場併網執行的相關技術問題，是保證併入大規模風電場後電力系統仍然能可以正常穩定執行的重要前提。
考慮充分利用電力儲存或者能量儲存技術，降低風能資源的隨機性對電網造成的不利影響，改善風能資源的利用條件，盡可能達到可控的目的。由於風力發電是一種間歇性能源，風電場的功率輸出具有很強的隨機性，所以為了保證風電併網以後系統執行的可靠性，需要額外安排一定容量的旋轉備用以響應風電場的隨機波動性。
一、執行管理的理念和策略
理念：通過管控使750kv電網穩定經濟執行，從而達到750kv敦煌變安全長週期執行。
策略：通過分析酒泉地區氣象條件變化、電壓無功、有功功率、潮流等引數對風電上網執行方式下750kv電網執行穩定性的影響，對照國家電網公司2023年出台了《風電場接入電網技術規定》，制定了工作流程，編制並實施《750kv敦煌變電站穩定執行管理規定》、《風電接入執行方式下750kv敦煌變執行維護管理細則》、《750kv敦煌變風電機組脫網事故應急預案》、《750kv敦煌變風電機組脫網事故處理方案》，提高執行人員的安全責任意識，對突發事故的處理應對能力，確保正確及時的處理突發事故。遏制大規模風電機組脫網事故，進一步規範變電執行管理和執行人員的作業行為，促進安全生產工作的可控、能控、在控。
從而實現750kv敦煌變安全長週期執行。
二、管理的範圍和目標
範圍：750kv敦煌變電站的監視、操作、維護應急、事故處理等工作。
目標：最大限度減少風電機組脫網事故的發生，保證風電並網後750kv電網的安全穩定執行。
通過在管理上的創新來促進750kv敦煌變變電站執行管理由經驗型向分析創新型的轉變。
三、風電大規模接入系統對主網的影響及對策
3.1隨著風電的大規模接入，執行方式經常發生變化，導致母線電壓波動頻繁，而目前控制手段比較單
一、無功補償容量尚不能滿足系統穩定執行要求。
3.2無功補償裝置投切導致的電壓變化逐漸變小，750kv敦煌變電站可控電抗逐級投切引起750kv母線電壓波動最大為0.43%，不能完全滿足系統穩定執行的要求。
3.3當可控電抗器所在母線所連線路或變壓器負荷較重，而周邊系統對母線給予較大無功供給，此時雖然本地有顯著無功平衡問題，但由於母線電壓在較大無功潮流支援下並未顯著下降，導致本地無功補償裝置無法有效動作，不能滿足系統穩定執行要求。
今後的對策
無功補償是保證電壓合格的重要因素，無功補償又為容性補償和感性補償，缺容性無功，電壓偏低，-缺感性無功，則會出現電壓偏高。電力系統的容性無功補償，從高壓到低壓，從變電所的集中補償到使用者的分散就地補償，以及裝置製造、執行管理、科研標準化工作，已有全面提高。
感性無功補償是隨超高壓電網的建立而發展起來的。因此，感性無功補償起步稍晚一些，在工程應用上，不少技術問題有待進行研究，標準化工作開展得不多。針對上述問題，在風電大規模接入的750kv敦煌變電站，安裝全國首例750kv 1號可控高抗容量為300mvar於2023年1月投入執行，750kv分級式可控高抗是國內自主研發的對超高壓進行無功調節、電壓控制的重大技術裝備，是特高壓、智慧型電網的關鍵技術，特別是750kv系統，作為河西走廊風電外送信道，輸電距離遠容量大，且功率波動頻繁，需要大量無功支撐。
選擇可控併聯電抗器從高壓側直接進行動態無功補償，無論從技術上，還是經濟上都具有明顯的優越性。
四、大規模風電接入狀態下的750kv變電執行管理工作情況
2023年11月，隨著河西750kv主幹電網的建成投運，電網結構日趨複雜，風電的大規模接入，風能資源的間歇性、波動性特徵所帶來的風功率的頻繁變化，使河西750kv電網的電壓無功控制難度越來越大，對系統的正常執行提出了新的挑戰。
根據酒泉地區風電大規模接入對750kv電網穩定性的破壞，公司於2023年開始750kv變電執行管理創新的試點工作。組織各生產單位安全管理、專業技術人員討論應對方案，創新750kv變電站管理理念，重點解決風電出力變化引起電壓及頻率波動的問題，編制了一系列管理辦法與實施細則，在750kv敦煌變電站開展大規模風電接入狀態下的750kv變電執行管理創新工作，初步形成了酒泉超高壓公司大規模風電接入狀態下的750kv變電執行管理創新工作流程和工作模式。
4.1 大規模風電接入狀態下的750kv變電執行管理創新工作開展情況
理清工作思路，制定工作方案。酒泉超高壓輸變電公司認真學習，深刻領會國家電力監管委員會《發電廠併網執行管理規定》（電監市場[2006]42 號）和國家電網公司《風電場接入電網技術規定》，制定公司大規模風電接入狀態下的750kv變電執行管理創新工作方案，選擇了處於世界第二大風口、執行力強的750kv敦煌變電站作為試點單位，嘗試開展大規模風電接入狀態下的750kv變電執行管理創新工作。藉此以點帶面的方式，摸索出簡潔、有效的管理創新工作開展模式，來帶動公司範圍內750kv變電執行管理工作。
公司主要在以下方面開展了工作：
4.2 現狀調查
河西走廊一帶風電資源豐富，其風能資源具有風向穩定、風力持續性好、破壞性風速極少等特徵，適合進行大規模風電開發。到「十一五」末期，酒泉風電基地累計裝機已達到並超過5160mw。根據規劃方案，到2023年，累計裝機容量將達到12710mw。
風電大規模接入對750kv電網頻率、電壓的穩定性產生影響，導致750kv電網頻率、電壓穩定水平降低。
4.3 750千伏母線電壓波動情況統計分析
在正常及檢修方式下，通過現場實際運**況統計分析，750千伏母線電壓波動範圍介於765--780千伏之間，若風電機組發生大規模脫網事故，對750kv電網穩定執行影響甚微。
2023年12月28日750kv敦煌變750kv母線電壓日變化曲線圖（見圖4-1）
（圖4-1 2023年12月28日750kv敦煌變750kv母線電壓日變化曲線圖）
由750kv母線電壓日變化曲線圖可見，在風電大規模接入後母線電壓日波動範圍介於761--785千伏之間，波動範圍超出正常值5.2%--6.4%。
此時，若發生大規模風電機組脫網事故，則對750kv電網穩定執行影響較大，甚至破壞系統穩定執行。
4.4 典型風機脫網負荷變化引起電壓無功變化的統計分析
風機脫網956mw後，750kv敦煌母線電壓動態變化示意圖（見圖4-2）
（圖4-2 風機脫網956mw後，750kv敦煌母線電壓動態變化示意圖）
當酒泉地區風機脫網容量達到956mw後，750kv敦煌變電站母線電壓有名值大於安全電壓800kv。風機由於低電壓穿越能力不足30%，致使脫網後對河西電網的安全穩定執行構成了威脅。
當風電外送功率為500mw，750kv敦煌變電站上網功率為1000mw時，風電功率降低約310mw或風電功率公升高250mw時，無功損耗改變近60mvar。
4.5 風電上網電量對750千伏母線電壓波動影響統計分析
風電上網電量影響750千伏母線電壓折線圖（見圖4-3）
（見圖4-3 風電上網電量影響750千伏母線電壓折線圖）
由圖可見：當風電上網電量逐漸增大時，750千伏母線電壓逐漸降低至下限執行，影響電網穩定執行。
4.6酒泉地區年度風速變化統計分析
酒泉地區年度風速變化統計分析柱狀圖（見圖4-4）
（圖4-4 酒泉地區年度風速變化統計分析柱狀圖）
由圖可見：全年風速基本在6m/s--8m/s，由此可以**月度、年度風電上網電量及波動規律。
2023年瓜州地區風電場主導風向為東風，風向頻率25.9％，其次是東北風，頻率為13.4%；平均風速6.
90m/s；累計平均有效風速6332小時；最大、極大風速4月29日出現在向陽風電場均為35.0m/s。
玉門地區風電場主導風向為西風，風向頻率23.4％，其次是東風，頻率為19.1％；平均風速6.
87m/s；累計平均有效風速6796小時。最大、極大風速分別為31.0、31.
8m/s，4月29日出現大唐玉門和三十里井子風電場。
風電場平均發電同時率
5-12月甘肅全網風電場平均發電同時率為0.81，其中河西地區為0.84，瓜州、玉門地區間風況相關性較強，同時率分別達到0.92、0.91。
時段電量統計情況單位：萬kwh、%
年利用小時數：
玉門地區風電平均發電利用小時數為1681小時/臺，瓜州地區為1947小時/臺
五、對策與實施
750kv敦煌變電站以抓現場安全管理為重點，嚴格責任落實和規章制度的執行。在執行管理上充分發揮安全生產保證體系和監督體系的作用，進一步強化工區管理、班組建設和現場管控，把安全生產責任層層傳遞到750kv變電站每個崗位、每位員工。
5.1 值班制度精益化
對750kv敦煌變電站執行人員按國家電網公司規定及時進行有針對性的專業培訓、學習，經考試合格以後方能上崗值班。值班期間執行人員自覺遵守勞動紀律，堅守崗位，服從指揮，盡職盡責，完成當班的執行、維護、倒閘操作、事故處理、事故應急等工作。監盤、抄表要認真、細心，以便及時發現負荷變化情況從而對資料進行及時的採集。
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