大規(guī)模風(fēng)電無(wú)功控制方案的研究

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1、大規(guī)模風(fēng)電無(wú)功控制方案的研宄(1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎|濟(jì)南250013；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東濟(jì)南250002)摘要：建設(shè)大型風(fēng)電基地，遠(yuǎn)距離集中送出是中國(guó)風(fēng)電開(kāi)發(fā)的主要模式之一。以匯入同一中樞節(jié)點(diǎn)的風(fēng)電場(chǎng)群為分區(qū)，采用整體協(xié)調(diào)大規(guī)模建設(shè)風(fēng)電地IX無(wú)功電壓的控制策略是中國(guó)特有風(fēng)電開(kāi)發(fā)模式的必然需求關(guān)鍵詞：風(fēng)電無(wú)功電壓穩(wěn)定引言較之于常規(guī)發(fā)電機(jī)，風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部機(jī)理存在很大不同，風(fēng)電功率具有隨機(jī)性和間歇性，因此大規(guī)模風(fēng)電接入將給電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)及靜態(tài)穩(wěn)定性帶來(lái)很多問(wèn)題。風(fēng)電功率的這些特性將對(duì)系統(tǒng)電壓帶來(lái)比負(fù)荷變化更快速的波動(dòng)，基于定時(shí)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算的自動(dòng)電壓

2、控制系統(tǒng)(AutomaticVoltageControl，AVC)將受到很大的影響以至于達(dá)不到其預(yù)期的降損和保證電壓質(zhì)量的效果。尤其是風(fēng)電注入點(diǎn)易發(fā)生電壓越限，并且這種影響隨風(fēng)電并網(wǎng)容量增加而顯著增加，同時(shí)也對(duì)補(bǔ)償裝置配備情況以及補(bǔ)償策略帶來(lái)新問(wèn)題。風(fēng)電波動(dòng)使得大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)給系統(tǒng)電壓帶來(lái)母線電壓越限、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等一系列問(wèn)題，且影響程度和距離有關(guān)，離風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)越近，影響越明顯。研究基于雙饋感應(yīng)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組接入系統(tǒng)后對(duì)電網(wǎng)電壓的影響，可知大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)后風(fēng)電場(chǎng)對(duì)無(wú)功功率的需求是導(dǎo)致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性降低的主要原因，要輸送大量風(fēng)電有功出力，風(fēng)場(chǎng)必須提供足夠的無(wú)功補(bǔ)償，且風(fēng)

3、電波動(dòng)將導(dǎo)致參與調(diào)節(jié)的設(shè)備過(guò)多和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備動(dòng)作頻繁，影響控制設(shè)備的運(yùn)行壽命、增加系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)風(fēng)電輸送線路發(fā)牛.故障或出現(xiàn)風(fēng)速擾動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性也必定發(fā)生相應(yīng)變化。故障時(shí)，線路附近母線電壓將迅速跌落，具備低電壓穿越能力的機(jī)組機(jī)端電壓降至低壓保護(hù)整定值以下吋，將發(fā)生脫網(wǎng)；出現(xiàn)風(fēng)速擾動(dòng)吋，若系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置不足將導(dǎo)致電壓波動(dòng)幅度較大。電力系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)故障，特別是電網(wǎng)電壓驟降故障下低壓運(yùn)行能力提出了更高要求，風(fēng)電場(chǎng)與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)越弱，系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性越差，而風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部風(fēng)電機(jī)組連接方式也直接影響其小擾動(dòng)穩(wěn)定性，在接入風(fēng)電地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生三相短路的大擾動(dòng)故障時(shí)，靜止無(wú)功補(bǔ)償

4、器（StaticVarCompensator,SVC｝能夠冇效地幫助恨速風(fēng)電機(jī)組在故障后恢復(fù)電壓，提高輸出的電磁功率。當(dāng)風(fēng)電出力水平較大吋，系統(tǒng)常規(guī)機(jī)組大部分將處于停機(jī)狀態(tài)，這使得系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)對(duì)負(fù)荷快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致靜態(tài)電壓穩(wěn)定儲(chǔ)備能力較差。風(fēng)電場(chǎng)接入后系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定裕度降低，弱穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)大，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端裝設(shè)補(bǔ)償裝置可以?shī)^效地改善系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定裕度。目前，我國(guó)電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入的技術(shù)管理規(guī)范都是針對(duì)單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)（PCC）的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行考核。在風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展初期，風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量不多，容量較小，且處于電網(wǎng)末端，其電壓?jiǎn)栴}的影響往往局限在風(fēng)電場(chǎng)PCC自身，對(duì)網(wǎng)側(cè)變電站的電壓影響有限。隨著風(fēng)電的人

5、規(guī)模開(kāi)發(fā)，單機(jī)、單場(chǎng)的容量都劇增，而iL往往沿著同一風(fēng)帶梯級(jí)建設(shè)若干風(fēng)電場(chǎng)，集中接入電網(wǎng)，形成百萬(wàn)或者千萬(wàn)千瓦級(jí)別的風(fēng)電場(chǎng)群。風(fēng)電場(chǎng)群容量大，機(jī)組出力具有一定的空間耦合性，因此，其無(wú)功出力波動(dòng)將急劇惡化局部地區(qū)的電壓、無(wú)功狀況。因此，現(xiàn)有的以風(fēng)電場(chǎng)為單位、各自獨(dú)立調(diào)節(jié)的方式無(wú)法兼顧地區(qū)電網(wǎng)的調(diào)壓需求，有必要將風(fēng)電場(chǎng)及其匯集站作為一個(gè)整體進(jìn)行電壓管理，特別對(duì)于規(guī)模很大的風(fēng)電，匯集站起到了地區(qū)電壓支撐的作用，能協(xié)調(diào)風(fēng)電場(chǎng)群無(wú)功輸出,提高整個(gè)分區(qū)電網(wǎng)的電壓水平。1基于靈敏度法的大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)電壓越限控制方案大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是高壓輸電線路具有很高的充電功率，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電

6、基地奮功出力大幅度波動(dòng)時(shí)，高壓輸電通道上的潮流和無(wú)功損耗也同步大幅度波動(dòng)，造成輸電通道上電壓的大幅波動(dòng)，嚴(yán)重影響電壓質(zhì)量,給電網(wǎng)帶來(lái)不穩(wěn)定因素。另外，由于0前的主流風(fēng)電機(jī)組本身受無(wú)功調(diào)節(jié)方面的限制，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的無(wú)功功率奮限，在風(fēng)電場(chǎng)奮功出力比例較多吋不能提供相應(yīng)的無(wú)功電壓支撐，更是加劇了電網(wǎng)電壓的波動(dòng)幅度。靈敏度是利用研宄系統(tǒng)中某些物理量的微分關(guān)系，來(lái)取得因變量對(duì)自變量敏感度大小的方法。根據(jù)靈敏度大小，指導(dǎo)自變量的輸入量，進(jìn)而控制因變量的輸出量，達(dá)到提高系統(tǒng)安全水平、提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度或者經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)等蘇他0的。靈敏度法在電力系統(tǒng)許多領(lǐng)域中也得到廣泛的應(yīng)用。從吋間角度可以將靈敏度算

7、法劃分為兩類:靜態(tài)靈敏度和軌跡靈敏度。風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)電壓控制就是控制風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)母線電壓合格。通常情況下，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)吋間需要0.5s以上，而SVC/SVG調(diào)節(jié)吋間為0.02?0.03s,后者調(diào)節(jié)時(shí)間短，響應(yīng)速度快。因此，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)母線電壓超出控制范圍吋，首先調(diào)整動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償無(wú)功，當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備用盡，再調(diào)整風(fēng)電機(jī)組無(wú)功出力。通常情況下，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)包含多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電場(chǎng)群，各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、場(chǎng)群以不同的電壓等級(jí)逐級(jí)匯入電網(wǎng)，最后通過(guò)最高電壓等