風(fēng)電并網(wǎng)對接入地區(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)電場接入地區(qū)電網(wǎng)后， 對當(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)電場機(jī)組仿真模型， 考慮尾流效應(yīng)影響下的風(fēng)速， 通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行潮流計(jì)算， 分析與風(fēng)電場有關(guān)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓問題。針對當(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， 對投切電抗器和SVC 2 種無功補(bǔ)償方案進(jìn)行計(jì)算并仿真了方案的可行性。在國內(nèi)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的背景下， 分析了投切電抗器可能對同一并網(wǎng)點(diǎn)的風(fēng)電場群產(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、無功調(diào)節(jié)，對電網(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，對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度、無功補(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)對接入點(diǎn)電壓造成顯著影響，主要表現(xiàn)在受風(fēng)電場有功出力影響明顯，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)電場出力通過101.86 km、110 kV 聯(lián)絡(luò)線并入當(dāng)?shù)匕屠锢ぷ冸娬?。巴里坤變電站接?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，線路充電功率較大， 計(jì)算結(jié)果表明風(fēng)電場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功功率達(dá)9.5 Mvar， 巴里坤變電站至馬場變電站線路容性無功功率達(dá)6.0 Mvar， 山北變電站至哈密變電站線路容性無功功率達(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)電場出力的增加而升高，這主要是由于風(fēng)電場并入電網(wǎng)后改變了該地區(qū)的潮流分布， 減小了馬場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)電場有功出力超過一定值時(shí)， 風(fēng)電場所在地區(qū)由受端變成送端， 線路消耗的無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)電場有功出力的變化影響風(fēng)電場接入地區(qū)無功分布和電壓水平， 風(fēng)電場有功出力的隨機(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。

靜止無功補(bǔ)償器(SVC)是一種新型的快速、平滑動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，由可控的電抗器和電容器組成，通過調(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。本文按照電網(wǎng)無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)電場由數(shù)量眾多的不同類型的機(jī)組構(gòu)成，因此，必須對風(fēng)電場風(fēng)速和機(jī)組進(jìn)行合理等效，以盡可能反映風(fēng)電場實(shí)際模型?？紤]風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾流效應(yīng)[7]，并按照風(fēng)電場機(jī)組出線方式進(jìn)行分組風(fēng)速等效。以風(fēng)電場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)電場簡化等值示意如圖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)還吸收無功來建立磁場，吸收無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)下的有功無功解耦控制，在實(shí)際運(yùn)行中有功和無功是可控的。結(jié)合該風(fēng)電場實(shí)際的無功曲線與功率因數(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。