探究含風電場電網(wǎng)的無功電壓運行規(guī)劃

張洪源+吳興全

摘 要：雖然風電場并網(wǎng)運行技術比較成熟，但仍然存在著一些問題，本文簡單介紹風電場對電網(wǎng)電壓造成的影響，優(yōu)化規(guī)劃含風電場電網(wǎng)的無功功率，開發(fā)控制含風電場電網(wǎng)的電壓，分析電壓越限概率指標和其應用。

關鍵詞：風電場；無功電壓；規(guī)劃

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.1841 前言

最近幾年，以煤炭和石油為代表的化石能源逐漸枯竭，另外化石能源在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染性氣體，嚴重影響了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，為解決這一問題，就要采取環(huán)保能源代替化石能源，目前，以風能和太陽能為代表的新能源逐漸應用到生產(chǎn)中，風電是這幾種新能源中技術比較成熟的具有商業(yè)價值的發(fā)電形式，在風電運行中可能會對電網(wǎng)的電壓造成一定的影響，造成電能質(zhì)量不高、電壓不穩(wěn)和供電可靠性低等問題，本文結合該問題探討風電場對電網(wǎng)電壓的影響，優(yōu)化規(guī)劃風電場電網(wǎng)的無功功率，補償無功功率，分析電壓越限指標和他的應用。

2 風電場對電網(wǎng)電壓的影響

總所周知，風是不可預測的，不同地區(qū)和不同海拔高度，風速存在著很大差異，即使同一地點，不同時間風速也存在很大差異，并且與風電并網(wǎng)運行的配套設施不完善也是阻礙風電發(fā)展的一大難題。風電是一種間歇性和變化性較強的一種發(fā)電形式，由于發(fā)電功率的不確切性，難以準確計算風電場的功率，影響電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓幅值偏移，由于風電的間歇性和隨機性，隨著電網(wǎng)功率的變化電壓也將隨之波動。

電網(wǎng)電壓的幅值主要取決于電壓降落的縱分量，當增加有功功率和無功功率時，均會導致電壓的升高，當有功功率和無功功率滿足有功點負荷繼續(xù)向系統(tǒng)送功時，此時有功電壓將大于系統(tǒng)的電壓，所以對變電站節(jié)點電壓的影響主要是由風電場送入變電站的功率大小決定。

在單風電場接入情況下，將風電場的裝機容量由0增加到150MW時，記錄各節(jié)點的電壓，分析風電場容量和電壓的關系可知，當風電場的裝機容量增加時，風電線路中的各支點電壓的最大值升高，最小值降低，距離風電場節(jié)點越近，電壓的最大值越大，反之最小值越小。電壓由于電損的增加，電壓最大值曲線上升的趨勢越來越緩，反之電壓最小值曲線下降的趨勢越來越陡，說明風電場應當注意進相的程度，防止電壓崩潰。

在多風電場接入情況下，隨著風電場容量的增加，風電支路各節(jié)點上的電壓標準差越大，即越靠近風電場的節(jié)點，電壓波動的情況越嚴重，所以風電支路節(jié)點的電壓波動往往大于中樞點的電壓波動。多個風電場接入要高于單風電場接入的電壓波動，主要是由于其他風電場造成的，在小于50MW容量時影響不大。不同片區(qū)對風電場接入的多少無影響，其電壓波動不大。

3 含風電場電網(wǎng)的無功優(yōu)化規(guī)劃

對含風電場電網(wǎng)的無功規(guī)劃主要從輸電的有功損耗、無功裝置的安裝費用和電壓質(zhì)量三個方面決定，由于動態(tài)無功補償裝置設備的造價比較高、運行可靠性低，所以含風電場電網(wǎng)的無功規(guī)劃主要考慮電容器和電抗器，設置無功補償裝置主要是根據(jù)電網(wǎng)負荷值決定，在電網(wǎng)負荷最大值時采用電容器補償容量，在電網(wǎng)負荷最小值時取電抗器補償。含風電場電網(wǎng)在進行無功優(yōu)化時，有功主要是由風速和控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，無功是控制系統(tǒng)根據(jù)風電場的運行方式進行調(diào)節(jié)，所以在電網(wǎng)負荷最大值時，應使電壓下降到最大風電場的有功功率和無功功率，反之使電壓上升至最大風電場的有功功率和無功功率。我國國標要求風電場盡量運用自身的無功調(diào)節(jié)能力，必要情況下采取無功補償裝置?？偨Y以上分析，優(yōu)化含風電場電網(wǎng)的無功步驟為：（1）核實變電站的間隔數(shù)量，確定變電站的電容器和電抗器數(shù)量，并確定單機組的容量。（2）通過對電網(wǎng)負荷的預測以及風電場的極端功率方式，最終確定電網(wǎng)的極端運行方式，其中包括電壓的最低和最高兩種運行方式。最高運行方式主要運用到感性無功補償裝置，最低運行方式主要運用到容性補償裝置。（3）結合變電站，規(guī)劃線路，搭建年電壓最輕和最重的電網(wǎng)網(wǎng)架。（4）根據(jù)兩種網(wǎng)架的線路，確定無功規(guī)劃計算，最終確定感性和容性無功補償裝置的方案。

4 電壓越限概率指標及其應用

電壓越限概率指標是反映節(jié)點的電壓在風電的作用下發(fā)生越限的概率，通過對節(jié)點進行優(yōu)化計算，最后使電壓越限概率指標達到最低。風電場一般處于偏僻地區(qū)，往往遠離負荷中心，通常是采取放射式接線進入電網(wǎng)，由于受到傳輸線路的限制，110KV以上的風電場的容量一般不能超過50MW，這樣運行的功率因素比較高，使風電場范圍內(nèi)的功率變化比較小，這樣使風電場的功率與節(jié)點電壓的增長呈近似規(guī)律。當進行無功優(yōu)化后，節(jié)點的電壓位于區(qū)間之間，不管風電場的功率大小，狀態(tài)怎樣變化，在無功補償?shù)囊粋€周期內(nèi)，節(jié)點電壓是不會發(fā)生越限的，即越限的概率為0。當風電場的容量較大時，斜線區(qū)域一般不存在，即使存在，因為無功調(diào)節(jié)的資源有限，電壓也不一定能調(diào)節(jié)到斜線區(qū)域內(nèi)，可能會落在灰色區(qū)域，此時的節(jié)點電壓會因風電場的影響受到一定概率的越限。

以2011年國內(nèi)某風電網(wǎng)為例，該電網(wǎng)包含運行風電場X和Y，裝機容量均為49.5MW，分別采取傳統(tǒng)的無功優(yōu)化和改進的無功優(yōu)化，根據(jù)計算風機的參數(shù)，對風電場進行采樣，采取Matlab仿真工具進行概率分布分析，應用最小二乘法進行擬合，得出理論參數(shù)。兩種補償形式都可以很好的控制當前時刻的電壓，但傳統(tǒng)的無功補償不能隨風電的變化進行變化，所以要適應風電的波動特性，只控制當前潮流的電壓是不夠的，通過優(yōu)化無功補償后的一段時間內(nèi)只存在較高的節(jié)點，可以更好的適應風電功率的變化，另外無功優(yōu)化后一定程度上可以達到降損的效果。

5 結語

本文主要分析了在單風電場接入和多風電場接入時對電網(wǎng)電壓造成的影響，根據(jù)電網(wǎng)的極端運行方式，確定無功補償裝置的類型，根據(jù)網(wǎng)架確定規(guī)劃無功計算，確定最終無功補償方案。簡單介紹了電壓越限概率指標和其應用。

參考文獻：

[1]溫步瀛，江岳文，陳沖.風電場并網(wǎng)運行的無功補償優(yōu)化問題[J]. 電力自動化設備，2008，28（05）：42-46.

[2]李欽豪，張勇軍，王孟鄰.風電并網(wǎng)對以正序電壓極化的阻抗元件的影響[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40（23）：54-57.

[3]董雷，程衛(wèi)東，楊以涵.含風電場的電力系統(tǒng)概率潮流計算[J]. 電網(wǎng)技術，2009，33（16）：87-91.