1　绪论

1.1　风力发电概况

能源危机是一个世界性的重大难题，特别是对于我国这样一个能源消耗大、利用效率低、环境污染形势严峻的发展中国家。化石能源的不科学消耗是导致环境污染的直接原因。并且按照现在的开采速度，我国的煤炭、石油和天然气资源将分别在35年、10年和29年消耗殆尽［1］。我国的经济发展仍然处于高能耗、高污染的模式，因此较少CO2的排放，大力发展新能源是必由之路。风能、太阳能、核能、生物质能、地热能、海洋能作为替代化石能源的清洁与可再生能源，面临成本高、能量密度低、可控性差等难题，新能源在全世界能源市场中所占比例仍然较低。风能作为增长速度最快的新能源，越来越受到广泛关注，并且各国都制定了风力发电的长期规划［2-3］。全世界2012年累计装机容量达282.43GW，新增装机容量44.711 GW，并以每年10%的速度增长［4］。据统计，截至2012年底，全世界风电装机容量占电力系统总能量的12%［5］。

由于风能的实时性和不确定性，风电场并非一个稳定可调控的能源，并且对电力系统的稳定性影响也越来越显著。风力发电发展初期，由于风电在电力能源中所占比例非常小，电网允许风机在电网故障下从电网切除［6］。至今，我国已发生多起风电机组大面积脱网故障。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箱变高压侧电缆头击穿，切除25台风电机组。随后，35kV配电室母线TV柜着火，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。本次事故脱网风电机组达到702台，损失出力1006.223 MW，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。

风电大量接入对电力系统的影响不断显现，也使电网对风电场的并网提出了更多的要求［8］。其中最基本的要求就是实现故障下的低电压穿越（Low Voltage Ride Through，LVRT）运行，即在低电压穿越曲线的范围内保持风机的不脱网运行，并在故障期间对电网提供一定的无功支撑，在故障切除后，风机能迅速恢复正常工作［9-11］。2011年底，《风电场接入电力系统技术规定》新国家标准公布，规定了我国风电场低电压穿越曲线，见图1-1。规定表明，风力发电并网点电压跌落至20%标称电压以上时，风电机组应保证不脱网运行625ms，并在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时，保证不脱网连续运行［12］。

图1-1　低电压穿越曲线