范巍
摘要:隨著電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快,對風(fēng)力發(fā)電也提出了更高的要求。從現(xiàn)行風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀看,仍然存在問題,使整個電網(wǎng)電壓難以保持穩(wěn)定,電能質(zhì)量也由此受到影響。文章對風(fēng)電場并網(wǎng)下的無功補(bǔ)償問題、風(fēng)電場無功控制中SVC與風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用原理、風(fēng)電場無功控制中SVC與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的綜合利用策略進(jìn)行了探析。
關(guān)鍵詞:風(fēng)電場;無功控制;風(fēng)力發(fā)電機(jī);SVC;電網(wǎng)建設(shè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
中圖分類號:TM614 文章編號:1009-2374(2016)32-0085-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.042
作為當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電中的主要能源之一,風(fēng)能本身儲量較大,且可開發(fā)性極為優(yōu)良,被廣泛用于電網(wǎng)建設(shè)中。但值得注意的是,風(fēng)電接入電力系統(tǒng)后,由于無功功率、有功功率都會出現(xiàn)一定的變化,其直接導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)運(yùn)行難以保持穩(wěn)定,影響風(fēng)力發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此,本文從風(fēng)電場無功控制角度出發(fā),對風(fēng)力發(fā)電機(jī)、SVC無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用進(jìn)行研究,具有十分重要的意義。
1 風(fēng)電場并網(wǎng)下的無功補(bǔ)償問題分析
區(qū)域電力系統(tǒng)建設(shè)中,風(fēng)電所占比重呈持續(xù)升高趨勢,盡管在能源利用上,其優(yōu)勢較為明顯,但帶來的無功補(bǔ)償問題也成為影響電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵性因素。從風(fēng)電場并網(wǎng)帶來的無功補(bǔ)償問題看,具體表現(xiàn)在:(1)由于風(fēng)向、風(fēng)速本身具有不可控特點(diǎn),一旦風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)力變化下受到影響,輸出功率也難以保持穩(wěn)定,其導(dǎo)致無法向電網(wǎng)持續(xù)輸入電能;(2)在輸出功率難以保持穩(wěn)定的情況下,并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化的同時,節(jié)點(diǎn)變化也將極為明顯,嚴(yán)重情況下將出現(xiàn)電機(jī)組大面積脫網(wǎng),導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰;(3)潮流分布問題,由于電力系統(tǒng)在風(fēng)電并網(wǎng)下會出現(xiàn)潮流分布變化問題,此時潮流計算在難度上也將加大,為功率調(diào)度帶來更多難題;(4)發(fā)電機(jī)類型較多,且不同發(fā)電機(jī)在功率特性上表現(xiàn)出明顯的差異,尤其其中無功特性將更為復(fù)雜。綜合來看,風(fēng)電場在無功調(diào)度上很難保證,且與無功控制相關(guān)的無功補(bǔ)償響應(yīng)時間、容量控制以及快速調(diào)節(jié)等方面,都成為電網(wǎng)建設(shè)中需考慮的主要問題。
2 風(fēng)電場無功控制中SVC與風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用原理
2.1 無功控制中SVC應(yīng)用原理
作為電力系統(tǒng)的主要裝置,SVC無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用主要表現(xiàn)在輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)中。其中配電網(wǎng)部分可利用裝置進(jìn)行供電質(zhì)量的控制,使電網(wǎng)受負(fù)荷的影響得以控制。而在輸電網(wǎng)中,裝置應(yīng)用下可分布無功潮流,對系統(tǒng)傳輸能力的提高與穩(wěn)定性的強(qiáng)化可起到重要作用。具體應(yīng)用中SVC的結(jié)構(gòu)可細(xì)化為多種形式,如固定電容器、晶閘管投切電容器以及晶閘管控制電抗器等,或采取電容器與電抗器組合的方式。以晶閘管控制電抗器為例,其本身作為控制器主電路,若電壓變化中,處于由正向峰值向零點(diǎn)減小的狀態(tài),晶閘管便會被觸發(fā),電抗器將保持導(dǎo)通狀態(tài)。若從SVC控制策略看,主要表現(xiàn)在兩個層次上,包括在裝置方面的裝置級控制與系統(tǒng)層面的系統(tǒng)級控制。
2.2 無功控制中風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用原理
本文在研究中選用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要為變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組,其又可被叫做DFIG,在構(gòu)成上主要以雙饋異步發(fā)電機(jī)為主,并配合其他勵磁變換器、齒輪箱、風(fēng)電機(jī)與控制部分。機(jī)組運(yùn)行下,可使異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)的特性被集于一體。對該機(jī)組應(yīng)用原理進(jìn)行分析,假定對定子磁場、轉(zhuǎn)子磁場對轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速分別利用n1與n2進(jìn)行表示,且轉(zhuǎn)子電轉(zhuǎn)速為nr,定子與轉(zhuǎn)子電流頻率分別利用f1與f2表示,f=,此時有f1=f2+,由其可發(fā)現(xiàn),假定轉(zhuǎn)速nr出現(xiàn)變化,為確保發(fā)電機(jī)能夠保持變速恒頻運(yùn)行,要求對f2進(jìn)行調(diào)節(jié),以此維持定子側(cè)頻率f1。在此基礎(chǔ)上引入轉(zhuǎn)差頻率三相對稱電源,利用sf1表示,有f2=×=sf1。n1與n2變化下,發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)也將發(fā)生改變,如果nr
3 風(fēng)電場無功控制中SVC與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的綜合利用策略
盡管風(fēng)電場無功控制中,通過DFIG、SVC等進(jìn)行無功控制,都可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場無功控制目標(biāo),但由于二者應(yīng)用下都有一定的弊病存在,如雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用中,對電網(wǎng)波動極為敏感,所以應(yīng)用下可能出現(xiàn)跳閘脫網(wǎng)情況,低電壓穿越能力較低。再如SVC補(bǔ)償裝置的應(yīng)用中,很容易忽視風(fēng)電場出口電壓受風(fēng)機(jī)無功出力的影響。對此,可考慮綜合利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)、SVC,使無功控制目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。但需注意的是,二者共同應(yīng)用下,要求做好無功控制方案的設(shè)計,同時應(yīng)對其中的無功補(bǔ)償容量進(jìn)行合理分配。
3.1 風(fēng)電場無功控制方案設(shè)計
對于風(fēng)電場的運(yùn)行,其主要以輕載、重載兩種運(yùn)行狀態(tài)為主。風(fēng)電場處于輕載狀態(tài),且不存在無功調(diào)整情況,此時因?yàn)橛泄Τ隽^小,所以電流在風(fēng)電場變壓器、內(nèi)部電纜中也保持較小,相應(yīng)的電壓值也可與額定值相接近。這種情況下,相比變壓器電抗、電纜電抗等消耗的無功功率,電纜對地電容下的功率將超出許多,此時風(fēng)電場在作用上以無功電源為主,將會提升風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)電壓、出口母線電壓。但假若風(fēng)電場運(yùn)行中處于重載狀態(tài),變壓器與線路處的電流會在有功出力增加的情況下不斷增大,無功功率在風(fēng)電場內(nèi)部消耗也極多,要求風(fēng)電場由系統(tǒng)中獲取無功功率,以此使節(jié)點(diǎn)電壓、母線電壓得到控制。不同運(yùn)行狀態(tài)下,由于無功需求存在一定差異,電網(wǎng)也將受到明顯影響。
針對風(fēng)電場運(yùn)行中電網(wǎng)所受到的影響問題,便可在風(fēng)力電機(jī)應(yīng)用的同時,將SVC引入其中,二者共同運(yùn)用下,主要使不同運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)電場,其與接入電網(wǎng)在無功功率交換上保持0,一旦電網(wǎng)要求獲取無功功率,風(fēng)電場可直接進(jìn)行無功功率的輸出。具體實(shí)現(xiàn)中,主要包括:(1)對無功功率給定值進(jìn)行判斷,假若調(diào)度部門對該值進(jìn)行設(shè)定,要求設(shè)定具體的參考量值,若調(diào)度部門未給定無功功率值,參考量值可保持為0;(2)對風(fēng)電場實(shí)時風(fēng)速、母線實(shí)時電壓值進(jìn)行讀取,做好潮流計算,推測風(fēng)電場無功功率;(3)以風(fēng)電場輸出的無功功率、無功功率給定值為依據(jù),通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)、SVC使無功出力得以調(diào)整,僅需保證無功出力合理,便能對發(fā)電機(jī)功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)無功控制的目標(biāo)。
為保證無功控制目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn),要求將潮流算法引入其中。對風(fēng)電場內(nèi)部情況進(jìn)行分析,可發(fā)現(xiàn)其以樹形網(wǎng)絡(luò)的形式存在,根節(jié)點(diǎn)為出口母線,而葉節(jié)點(diǎn)為各風(fēng)力發(fā)發(fā)電機(jī),對此可考慮引入前推回推法完成潮流計算過程。具體計算中,要求對發(fā)電機(jī)有功出力、出口母線電壓進(jìn)行計算,設(shè)定葉節(jié)點(diǎn)在電壓上為額定值,這樣便可使發(fā)電機(jī)無功出力被推測出來。同時,對各節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行計算,在此基礎(chǔ)上利用回推法,使變壓器、線路上的功率被推測出來,然后回推至根節(jié)點(diǎn),做好各節(jié)點(diǎn)電壓修正工作。直至所有節(jié)點(diǎn)在電壓值上都可控制到允許值范圍,便完成整個計算過程。
3.2 SVC與發(fā)電機(jī)無功補(bǔ)償容量分配
在風(fēng)力發(fā)電機(jī)、SVC綜合利用下,如何分配補(bǔ)償容量對無功控制效果將產(chǎn)生極大的影響。一般分配中,需對風(fēng)電場無功補(bǔ)償容量進(jìn)行確定,若處于無功功率不足狀態(tài),要求有感性無功功率作為支撐。實(shí)際對無功補(bǔ)償容量確定中,涉及的參數(shù)主要以最小感性無功出力、實(shí)時感性無功出力、最大感性無功出力、可調(diào)整容量等為主。具體調(diào)整無功功率中,可對SVC進(jìn)行調(diào)整,假若此時可調(diào)整容量與系統(tǒng)無功調(diào)整要求相吻合,無需調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī),假若可調(diào)整容量難以達(dá)到無功調(diào)整要求,需在SVC應(yīng)用同時輔以風(fēng)力發(fā)電機(jī),以此達(dá)到無功功率調(diào)整目標(biāo)。為使無功功率的控制更為精確,也可考慮采取靈敏度大小計算方式。例如,在無功可調(diào)整量超出無功出力參考值的情況下,無功出力參考值與無功出力調(diào)整量參考值保持相等,此時無需對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整。但在無功可調(diào)整量小于無功出力參考值時,則需調(diào)整靈敏度排序第二的風(fēng)機(jī)。采用同樣的調(diào)整方式,對所有風(fēng)機(jī)進(jìn)行判斷,做好無功功率的設(shè)定,便可實(shí)現(xiàn)無功控制的目標(biāo)。這樣在無功補(bǔ)償容量分配合理的基礎(chǔ)上,風(fēng)力發(fā)電機(jī)、SVC無功補(bǔ)償裝置的配合使用,能夠提升無功控制的
效果。
4 結(jié)語
風(fēng)力發(fā)電機(jī)、SVC補(bǔ)償裝置的綜合利用是風(fēng)電場無功控制實(shí)現(xiàn)的重要保障。實(shí)際進(jìn)行無功控制中,應(yīng)正確認(rèn)識風(fēng)電并網(wǎng)下所帶來的無功補(bǔ)償問題,并分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)、SVC補(bǔ)償裝置各自的應(yīng)用原理,在此基礎(chǔ)上結(jié)合二者的優(yōu)勢,做好無功控制方案的設(shè)計,并在無功補(bǔ)償容量上進(jìn)行合理分配。這樣在無功控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,能夠保證整個電力系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。
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(責(zé)任編輯:王 波)