探究含風電場電網的無功電壓運行規劃

張洪源+吳興全

摘 要：雖然風電場并網運行技術比較成熟，但仍然存在著一些問題，本文簡單介紹風電場對電網電壓造成的影響，優化規劃含風電場電網的無功功率，開發控制含風電場電網的電壓，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過程中產生的污染性氣體，嚴重影響了人類賴以生存的生態環境，為解決這一問題，就要采取環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中，風電是這幾種新能源中技術比較成熟的具有商業價值的發電形式，在風電運行中可能會對電網的電壓造成一定的影響，造成電能質量不高、電壓不穩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電壓的影響，優化規劃風電場電網的無功功率，補償無功功率，分析電壓越限指標和他的應用。

2 風電場對電網電壓的影響

總所周知，風是不可預測的，不同地區和不同海拔高度，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，并且與風電并網運行的配套設施不完善也是阻礙風電發展的一大難題。風電是一種間歇性和變化性較強的一種發電形式，由于發電功率的不確切性，難以準確計算風電場的功率，影響電網系統的電壓幅值偏移，由于風電的間歇性和隨機性，隨著電網功率的變化電壓也將隨之波動。

電網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向系統送功時，此時有功電壓將大于系統的電壓，所以對變電站節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，風電支路各節點上的電壓標準差越大，即越靠近風電場的節點，電壓波動的情況越嚴重，所以風電支路節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 含風電場電網的無功優化規劃

對含風電場電網的無功規劃主要從輸電的有功損耗、無功裝置的安裝費用和電壓質量三個方面決定，由于動態無功補償裝置設備的造價比較高、運行可靠性低，所以含風電場電網的無功規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電網負荷值決定，在電網負荷最大值時采用電容器補償容量，在電網負荷最小值時取電抗器補償。含風電場電網在進行無功優化時，有功主要是由風速和控制系統調節，無功是控制系統根據風電場的運行方式進行調節，所以在電網負荷最大值時，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節能力，必要情況下采取無功補償裝置。總結以上分析，優化含風電場電網的無功步驟為：（1）核實變電站的間隔數量，確定變電站的電容器和電抗器數量，并確定單機組的容量。（2）通過對電網負荷的預測以及風電場的極端功率方式，最終確定電網的極端運行方式，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，規劃線路，搭建年電壓最輕和最重的電網網架。（4）根據兩種網架的線路，確定無功規劃計算，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點的電壓在風電的作用下發生越限的概率，通過對節點進行優化計算，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，往往遠離負荷中心，通常是采取放射式接線進入電網，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，使風電場范圍內的功率變化比較小，這樣使風電場的功率與節點電壓的增長呈近似規律。當進行無功優化后，節點的電壓位于區間之間，不管風電場的功率大小，狀態怎樣變化，在無功補償的一個周期內，節點電壓是不會發生越限的，即越限的概率為0。當風電場的容量較大時，斜線區域一般不存在，即使存在，因為無功調節的資源有限，電壓也不一定能調節到斜線區域內，可能會落在灰色區域，此時的節點電壓會因風電場的影響受到一定概率的越限。

以2011年國內某風電網為例，該電網包含運行風電場X和Y，裝機容量均為49.5MW，分別采取傳統的無功優化和改進的無功優化，根據計算風機的參數，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。兩種補償形式都可以很好的控制當前時刻的電壓，但傳統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，通過優化無功補償后的一段時間內只存在較高的節點，可以更好的適應風電功率的變化，另外無功優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電壓造成的影響，根據電網的極端運行方式，確定無功補償裝置的類型，根據網架確定規劃無功計算，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。

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