風(fēng)電匯集站無(wú)功控制策略研究

羅宇亮

（國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

風(fēng)電匯集站無(wú)功控制策略研究

羅宇亮

（國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

根據(jù)某風(fēng)電匯集站系統(tǒng)接入情況，搭建仿真模型分析無(wú)功控制策略。匯集站的電容器組和SVG采用電壓控制方式聯(lián)合控制。以風(fēng)電接入對(duì)系統(tǒng)電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標(biāo)與風(fēng)電接入前電壓一致。建議SVG允許控制死區(qū)為±1kV，不宜超過(guò)2kV；當(dāng)匯集站220kV母線(xiàn)電壓低于控制目標(biāo)時(shí)優(yōu)先投入電容器組，直至容性無(wú)功補(bǔ)償全部用完。

風(fēng)電；匯集站；無(wú)功控制策略

東北某地區(qū)風(fēng)資源豐富，域內(nèi)建有百萬(wàn)風(fēng)電基地，通過(guò)500kV匯集站送出，匯集站500kV部分采用擴(kuò)大的線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)方式，以1回500kV線(xiàn)路接入附近500kV變電站；匯集站每組變壓器遠(yuǎn)期裝設(shè)5組低壓無(wú)功設(shè)備，本期裝設(shè)3組60Mvar低壓電容器組和1組60M var SVG（靜止無(wú)功發(fā)生器），目前有4座風(fēng)電場(chǎng)接入?yún)R集站運(yùn)行。

1 計(jì)算條件

匯集站220kV母線(xiàn)電壓水平運(yùn)行區(qū)間為225～232kV，500kV母線(xiàn)電壓水平運(yùn)行區(qū)間為525～540kV，對(duì)側(cè)500kV母線(xiàn)電壓水平運(yùn)行區(qū)間為530～535kV。匯集站的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制對(duì)象為220kV母線(xiàn)電壓。

2 控制策略研究

根據(jù)4座風(fēng)電場(chǎng)接入情況，搭建仿真分析模型。以4個(gè)風(fēng)電場(chǎng)接入同一臺(tái)主變運(yùn)行為例，針對(duì)匯集站220kV母線(xiàn)電壓水平分別為225kV和232kV兩種情況進(jìn)行仿真分析匯集站無(wú)功控制策略，并校核兩臺(tái)主變并列運(yùn)行的情況。

2.1 匯集站單臺(tái)主變運(yùn)行

（1）220kV母線(xiàn)初始電壓水平為225kV。4座風(fēng)電場(chǎng)接入同一臺(tái)主變運(yùn)行。以風(fēng)電接入后不影響系統(tǒng)電壓為目標(biāo)，確定匯集站220kV母線(xiàn)控制目標(biāo)為225kV，各風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)控制目標(biāo)為225kV。為儲(chǔ)備更多的動(dòng)態(tài)無(wú)功容量，匯集站應(yīng)優(yōu)先投切電容器，從而達(dá)到預(yù)留SVG無(wú)功容量的目的，因此，首先分析SVG不動(dòng)作，電容器投切的情況，當(dāng)匯集站220kV母線(xiàn)電壓低于225kV時(shí)投入電容器。隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)電壓和匯集站無(wú)功情況如圖1所示。

從圖1看出，各母線(xiàn)電壓水平均在合內(nèi)，但此時(shí)匯集站發(fā)出無(wú)功，風(fēng)電場(chǎng)吸收無(wú)功，不利于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和無(wú)功補(bǔ)償；此外，匯集站500kV母線(xiàn)電壓低于風(fēng)電接入前水平。因此，應(yīng)適當(dāng)提高風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制電壓為227kV，匯集站220kV母線(xiàn)控制目標(biāo)為225kV。SVG不動(dòng)作，電容器投切時(shí)，隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)電壓和匯集站無(wú)功情況如圖2所示。

從圖2可以看出，各母線(xiàn)電壓水平均在合理范圍內(nèi)，匯集站500kV母線(xiàn)電壓水平在523kV左右。風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制目標(biāo)值為227kV， 220kV母線(xiàn)控制目標(biāo)為225kV， SVG投入且電容器投切時(shí)，隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)電壓和匯集站無(wú)功情況如圖3所示。

圖2 主要節(jié)點(diǎn)電壓和匯集站無(wú)功曲線(xiàn)

圖3 主要節(jié)點(diǎn)電壓和匯集站無(wú)功曲線(xiàn)

從圖3看出，各母線(xiàn)電壓水平均在合理范圍內(nèi)。風(fēng)電大出力時(shí)匯集站220kV母線(xiàn)電壓能夠控制在目標(biāo)值，但在風(fēng)電小出力時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)需要發(fā)出大量無(wú)功功率，并注入?yún)R集站，導(dǎo)致匯集站220kV母線(xiàn)電壓高于控制目標(biāo)225kV，此時(shí)匯集站的SVG處于滿(mǎn)發(fā)吸收無(wú)功的工作方式，即風(fēng)電場(chǎng)大發(fā)無(wú)功匯集站SVG滿(mǎn)發(fā)吸收的情況，不利于匯集站和風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功電壓控制，造成不必要的電壓調(diào)節(jié)和無(wú)功輸出。因此考慮風(fēng)電場(chǎng)采用分段控制方式，即不同的出力水平下采用不同的控制目標(biāo)。保證系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)和風(fēng)電場(chǎng)主要母線(xiàn)電壓均能處在合理范圍內(nèi)，同時(shí)能夠在一定程度上釋放匯集站SVG容量，增加動(dòng)態(tài)無(wú)功備用。風(fēng)電場(chǎng)和匯集站無(wú)功交換量明顯下降。從前面的仿真分析可以看出，在風(fēng)電出力低于裝機(jī)容量的45%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制在225kV，風(fēng)電場(chǎng)與匯集站無(wú)功交換較小，且匯集站220kV母線(xiàn)電壓能夠控制在225kV；在風(fēng)電出力高于裝機(jī)容量的45%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制在227kV，風(fēng)電場(chǎng)與匯集站無(wú)功交換較小，且匯集站220kV母線(xiàn)電壓能夠控制在225kV；在風(fēng)電滿(mǎn)發(fā)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)機(jī)端母線(xiàn)電壓最高達(dá)到了0.75kV，因此，風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制目標(biāo)值不宜過(guò)高。

（2）匯集站220kV母線(xiàn)初始電壓水平為232kV?？紤]匯集站和風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償后，風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制目標(biāo)值為232kV，匯集站220kV母線(xiàn)控制目標(biāo)為232kV，SVG投入且電容器投切時(shí)，隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)電壓和匯集站無(wú)功情況見(jiàn)圖4。

圖4 主要節(jié)點(diǎn)電壓和匯集站無(wú)功曲線(xiàn)

從圖4可以看出，匯集站220kV母線(xiàn)初始電壓為232kV左右，但在風(fēng)電大出力時(shí)，需要匯集站向風(fēng)電場(chǎng)注入大量無(wú)功功率。因此考慮風(fēng)電場(chǎng)采用分段控制方式，即不同的出力水平下采用不同的控制目標(biāo)。但是在風(fēng)電滿(mǎn)發(fā)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)機(jī)端母線(xiàn)電壓最高達(dá)到了0.768kV，超出了風(fēng)電機(jī)組機(jī)端母線(xiàn)電壓正常運(yùn)行范圍。因此，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平較高時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制目標(biāo)值不宜過(guò)高，風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓不宜采用分段控制。當(dāng)匯集站220kV母線(xiàn)電壓初始水平為232kV時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)220kV母線(xiàn)電壓控制目標(biāo)值宜與匯集站220kV母線(xiàn)電壓控制水平一致。

2.2 匯集站兩臺(tái)主變并列運(yùn)行

4座風(fēng)電場(chǎng)接入?yún)R集站風(fēng)電匯集站，匯集站兩臺(tái)主變并列運(yùn)行。根據(jù)仿真結(jié)果，當(dāng)匯集站220kV母線(xiàn)初始電壓水平為225kV，采用分段控制時(shí)，系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)和風(fēng)電場(chǎng)主要母線(xiàn)電壓均能處在合理范圍內(nèi)，同時(shí)，能夠在一定程度上釋放匯集站SVG容量，增加動(dòng)態(tài)無(wú)功備用。風(fēng)電場(chǎng)和匯集站無(wú)功交換量明顯下降，但是存在無(wú)功補(bǔ)償裝置控制目標(biāo)調(diào)節(jié)頻繁的問(wèn)題。系統(tǒng)主要母線(xiàn)電壓、風(fēng)電場(chǎng)母線(xiàn)電壓、風(fēng)電場(chǎng)匯集站無(wú)功交換均與單臺(tái)變壓器運(yùn)行類(lèi)似；當(dāng)匯集站220kV母線(xiàn)初始電壓水平為232kV時(shí)，系統(tǒng)主要母線(xiàn)電壓、風(fēng)電場(chǎng)母線(xiàn)電壓、風(fēng)電場(chǎng)匯集站無(wú)功交換均與單臺(tái)變壓器運(yùn)行類(lèi)似。

2.3 無(wú)功補(bǔ)償控制策略

（1）匯集站的電容器組與SVG的控制策略。匯集站的電容器組和SVG采用聯(lián)合控制，控制點(diǎn)為匯集站220kV母線(xiàn)，采用電壓控制方式。建議SVG允許控制死區(qū)為±1kV，不宜超過(guò)2kV；當(dāng)匯集站220kV母線(xiàn)電壓低于控制目標(biāo)需要補(bǔ)償容性無(wú)功時(shí)優(yōu)先投入電容器組，直至容性無(wú)功補(bǔ)償全部用完。以風(fēng)電接入對(duì)系統(tǒng)電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標(biāo)與風(fēng)電接入前電壓一致。

（2）風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制策略。建議4座風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制點(diǎn)為各自風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)220kV母線(xiàn)電壓，允許控制死區(qū)±1kV，不宜超過(guò)2kV。風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制策略可以采用目標(biāo)值不變的控制策略與目標(biāo)值隨著風(fēng)電出力水平變化2種控制策略。

①風(fēng)電接入前匯集站220kV母線(xiàn)電壓低于229kV。方案一：風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制點(diǎn)為并網(wǎng)點(diǎn)220kV母線(xiàn)電壓，控制目標(biāo)與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標(biāo)一致。方案二：建議風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制點(diǎn)為并網(wǎng)點(diǎn)220kV母線(xiàn)電壓，風(fēng)電出力水平較低時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制目標(biāo)與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標(biāo)一致，風(fēng)電出力水平較大時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制目標(biāo)宜稍高于與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標(biāo)，建議控制目標(biāo)高2kV。從而避免出現(xiàn)匯集站發(fā)出無(wú)功功率，風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置吸收無(wú)功功率的情況。

方案一控制方式簡(jiǎn)單，但是風(fēng)電低出力時(shí)，無(wú)功電壓控制效果欠佳。方案二控制效果較好，但是需要根據(jù)風(fēng)電出力情況頻繁調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制目標(biāo)。

②風(fēng)電接入前匯集站220kV母線(xiàn)電壓等于及高于229kV。風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制點(diǎn)為各自風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)220kV母線(xiàn)電壓，建議控制目標(biāo)與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標(biāo)一致。從而避免系統(tǒng)電壓水平較高時(shí)出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組機(jī)端母線(xiàn)電壓水平超出正常運(yùn)行范圍的情況。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)風(fēng)電匯集站接入4個(gè)風(fēng)電場(chǎng)后的無(wú)功補(bǔ)償控制策略進(jìn)行了分析，得出以下主要結(jié)論。

（1）匯集站的電容器組與SVG的控制策略。匯集站的電容器組和SVG采用聯(lián)合控制，控制點(diǎn)為匯集站220kV母線(xiàn)，采用電壓控制方式。以風(fēng)電接入對(duì)系統(tǒng)電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標(biāo)與風(fēng)電接入前電壓一致。

（2）風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制策略。4座風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制點(diǎn)為并網(wǎng)點(diǎn)220kV母線(xiàn)電壓，允許控制死區(qū)±1kV，不宜超過(guò)2kV。風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制策略可以采用目標(biāo)值不變的控制策略與目標(biāo)值隨著風(fēng)電出力水平變化2種控制策略。

TM614

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：1671-0711（2017）12（下）-0121-03