風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)接入地區(qū)電壓的影響

標(biāo)簽: 地區(qū)電網(wǎng) 風(fēng)電并網(wǎng)

摘要： 隨著風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大， 大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入地區(qū)電網(wǎng)后， 對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓造成影響， 研究風(fēng)電接入地區(qū)電網(wǎng)電壓問(wèn)題顯得十分重要。以新疆哈密地區(qū)風(fēng)電接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)為例， 統(tǒng)計(jì)了并網(wǎng)地區(qū)典型運(yùn)行方式下的母線電壓水平。建立風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組仿真模型， 考慮尾流效應(yīng)影響下的風(fēng)速， 通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行潮流計(jì)算， 分析與風(fēng)電場(chǎng)有關(guān)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓?jiǎn)栴}。針對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的運(yùn)行方式， 提出了改善并網(wǎng)地區(qū)電壓質(zhì)量的措施， 對(duì)投切電抗器和SVC 2 種無(wú)功補(bǔ)償方案進(jìn)行計(jì)算并仿真了方案的可行性。在國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的背景下， 分析了投切電抗器可能對(duì)同一并網(wǎng)點(diǎn)的風(fēng)電場(chǎng)群產(chǎn)生影響。

0 引言

風(fēng)電出力的隨機(jī)性和波動(dòng)性以及在電網(wǎng)中風(fēng)電比例的增高， 使風(fēng)電對(duì)接入地區(qū)電網(wǎng)的影響將逐漸擴(kuò)大， 大容量風(fēng)電同時(shí)并網(wǎng)會(huì)造成接入變電站母線電壓質(zhì)量急劇下降[1-2]。風(fēng)速超過(guò)風(fēng)機(jī)切出風(fēng)速時(shí)，大量風(fēng)電機(jī)組的切機(jī)使風(fēng)電場(chǎng)有功出力瞬間下降，易造成系統(tǒng)有功不足，導(dǎo)致頻率波動(dòng)。目前，風(fēng)電機(jī)組大多不能進(jìn)行持續(xù)有效的有功、無(wú)功調(diào)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)電壓影響較大;同時(shí)大量的風(fēng)電功率注入電網(wǎng)后，改變了電網(wǎng)潮流分布，對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度、無(wú)功補(bǔ)償容量的配置以及電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯的影響[3-4]，因此， 對(duì)含風(fēng)電的系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)不同出力水平下的潮流計(jì)算具有重要意義。本文以接入新疆哈密地區(qū)電網(wǎng)末端的某風(fēng)電場(chǎng)為例， 利用電力系統(tǒng)分析綜合程序?qū)︼L(fēng)電接入地區(qū)進(jìn)行了潮流計(jì)算， 仿真研究了風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)接入地區(qū)電壓影響， 提出了改善并網(wǎng)點(diǎn)電壓質(zhì)量的措施。

1 風(fēng)電接入地區(qū)電網(wǎng)電壓分析

風(fēng)電大規(guī)模的并網(wǎng)對(duì)接入點(diǎn)電壓造成顯著影響，主要表現(xiàn)在受風(fēng)電場(chǎng)有功出力影響明顯，風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓波動(dòng)大，風(fēng)機(jī)在故障期間不能為電網(wǎng)提供有效的無(wú)功功率支撐，電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性降低[5]。

研究的馬蓮泉風(fēng)電場(chǎng)容量為99 MW，以單回線接入地區(qū)電網(wǎng)末端， 裝機(jī)容量占日最大高峰負(fù)荷的20%左右。風(fēng)電場(chǎng)出力通過(guò)101.86 km、110 kV 聯(lián)絡(luò)線并入當(dāng)?shù)匕屠锢ぷ冸娬尽０屠锢ぷ冸娬窘尤?20 kV山北變電站。該地區(qū)電網(wǎng)接線圖如圖1 所示。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示巴里坤地區(qū)電壓普遍偏高， 其母線最高電壓水平統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

風(fēng)電場(chǎng)位于電網(wǎng)的末端，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，基本為單放射狀，線路供電距離普遍較長(zhǎng)，線路充電功率較大， 計(jì)算結(jié)果表明風(fēng)電場(chǎng)至巴里坤變電站和黑眼泉變電站至巴里坤變電站線路容性無(wú)功功率達(dá)9.5 Mvar， 巴里坤變電站至馬場(chǎng)變電站線路容性無(wú)功功率達(dá)6.0 Mvar， 山北變電站至哈密變電站線路容性無(wú)功功率達(dá)22.0 Mvar;巴里坤變電站三相短路容量為615.7 MVA。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示巴里坤變電站母線電壓在風(fēng)電場(chǎng)有功出力小于58.0 MW時(shí)，風(fēng)電接入地區(qū)電壓隨風(fēng)電場(chǎng)出力的增加而升高，這主要是由于風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)后改變了該地區(qū)的潮流分布， 減小了馬場(chǎng)變電站至山北變電站及巴里坤變電站線路、哈密變電站至山北變電站線路的潮流。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)有功出力超過(guò)一定值時(shí)， 風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)由受端變成送端， 線路消耗的無(wú)功功率大于線路的充電功率，巴里坤變電站母線電壓有所降低。由此可知風(fēng)電場(chǎng)有功出力的變化影響風(fēng)電場(chǎng)接入地區(qū)無(wú)功分布和電壓水平， 風(fēng)電場(chǎng)有功出力的隨機(jī)性導(dǎo)致了接入地區(qū)電壓的隨機(jī)波動(dòng)[6]。在研究改善風(fēng)電接入地區(qū)電網(wǎng)電壓時(shí)， 應(yīng)充分考慮風(fēng)電的運(yùn)行特點(diǎn)及其對(duì)接入地區(qū)電壓的影響。

2 改善風(fēng)電接入地區(qū)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的措施

該地區(qū)接入風(fēng)電后，受其特性影響，電壓質(zhì)量下降，因此迫切需要改善并網(wǎng)點(diǎn)地區(qū)電壓質(zhì)量。

靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)是一種新型的快速、平滑動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，由可控的電抗器和電容器組成，通過(guò)調(diào)節(jié)電容器或電抗器實(shí)現(xiàn)從容性到感性范圍平滑調(diào)節(jié)， 較之分組投切電容器或電抗器具有明顯優(yōu)勢(shì)。本文按照電網(wǎng)無(wú)功功率就地平衡原則，分別就投入電抗器、SVC 這2 種方式進(jìn)行比較分析。

3 算例分析

3.1 仿真模型的建立

(1)風(fēng)速和機(jī)組等效。風(fēng)電場(chǎng)由數(shù)量眾多的不同類型的機(jī)組構(gòu)成，因此，必須對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速和機(jī)組進(jìn)行合理等效，以盡可能反映風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際模型?？紤]風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾流效應(yīng)[7]，并按照風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組出線方式進(jìn)行分組風(fēng)速等效。以風(fēng)電場(chǎng)1 條匯流線路上6 臺(tái)風(fēng)機(jī)為例，假定風(fēng)機(jī)正風(fēng)向第1 臺(tái)風(fēng)機(jī)(G1)的風(fēng)速(v1)為額定風(fēng)速(13 m/s)，參照文獻(xiàn)[7]，則風(fēng)機(jī)背風(fēng)向G2~G6的風(fēng)速(v2~v6)如表2 所示。

風(fēng)電場(chǎng)處在同一均勻風(fēng)帶上， 將此條匯流線上等效機(jī)(Geq)的風(fēng)速(veq)為該等值機(jī)的額定風(fēng)速;考慮不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型的特性，采用文獻(xiàn)[8]風(fēng)電機(jī)組等值方法， 將相同類型機(jī)組和集電線上的同等數(shù)量機(jī)組等值成1 臺(tái)風(fēng)機(jī)， 則馬蓮泉風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的16 回出線(共99 臺(tái)機(jī))等值為4 臺(tái)風(fēng)機(jī)(Geq1~Geq4)，等值容量分別為49.5 MW、27.0 MW、10.5 MW 和12.0 MW，Geq1~Geq4的等值額定風(fēng)速(veq1~ veq4)分別為11.52 m/s、10.85 m/s、10.56 m/s 和10.19 m/s。風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化等值示意如圖2 所示。

(2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)母線節(jié)點(diǎn)處理。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)中向系統(tǒng)發(fā)出有功的同時(shí)還吸收無(wú)功來(lái)建立磁場(chǎng)，吸收無(wú)功的大小與有功功率(Pe)、機(jī)端電壓(U)、轉(zhuǎn)差(s)有關(guān)。目前，異步機(jī)的母線節(jié)點(diǎn)處理主要有PQ 模型、RX 模型、PZ 模型等。變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于實(shí)現(xiàn)了恒功率因數(shù)下的有功無(wú)功解耦控制，在實(shí)際運(yùn)行中有功和無(wú)功是可控的。結(jié)合該風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際的無(wú)功曲線與功率因數(shù)曲線， 將風(fēng)力發(fā)電機(jī)母線節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一處理成PQ 模型。