風電匯集站無功控制策略研究

羅宇亮

（國網內蒙古東部電力有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

風電匯集站無功控制策略研究

羅宇亮

（國網內蒙古東部電力有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

根據某風電匯集站系統接入情況，搭建仿真模型分析無功控制策略。匯集站的電容器組和SVG采用電壓控制方式聯合控制。以風電接入對系統電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標與風電接入前電壓一致。建議SVG允許控制死區為±1kV，不宜超過2kV；當匯集站220kV母線電壓低于控制目標時優先投入電容器組，直至容性無功補償全部用完。

風電；匯集站；無功控制策略

東北某地區風資源豐富，域內建有百萬風電基地，通過500kV匯集站送出，匯集站500kV部分采用擴大的線路變壓器組接線方式，以1回500kV線路接入附近500kV變電站；匯集站每組變壓器遠期裝設5組低壓無功設備，本期裝設3組60Mvar低壓電容器組和1組60M var SVG（靜止無功發生器），目前有4座風電場接入匯集站運行。

1 計算條件

匯集站220kV母線電壓水平運行區間為225～232kV，500kV母線電壓水平運行區間為525～540kV，對側500kV母線電壓水平運行區間為530～535kV。匯集站的無功補償設備控制對象為220kV母線電壓。

2 控制策略研究

根據4座風電場接入情況，搭建仿真分析模型。以4個風電場接入同一臺主變運行為例，針對匯集站220kV母線電壓水平分別為225kV和232kV兩種情況進行仿真分析匯集站無功控制策略，并校核兩臺主變并列運行的情況。

2.1 匯集站單臺主變運行

（1）220kV母線初始電壓水平為225kV。4座風電場接入同一臺主變運行。以風電接入后不影響系統電壓為目標，確定匯集站220kV母線控制目標為225kV，各風電場220kV母線控制目標為225kV。為儲備更多的動態無功容量，匯集站應優先投切電容器，從而達到預留SVG無功容量的目的，因此，首先分析SVG不動作，電容器投切的情況，當匯集站220kV母線電壓低于225kV時投入電容器。隨著風電出力增加，系統主要節點電壓和匯集站無功情況如圖1所示。

從圖1看出，各母線電壓水平均在合內，但此時匯集站發出無功，風電場吸收無功，不利于系統電壓穩定和無功補償；此外，匯集站500kV母線電壓低于風電接入前水平。因此，應適當提高風電場220kV母線電壓控制電壓為227kV，匯集站220kV母線控制目標為225kV。SVG不動作，電容器投切時，隨著風電出力增加，系統主要節點電壓和匯集站無功情況如圖2所示。

從圖2可以看出，各母線電壓水平均在合理范圍內，匯集站500kV母線電壓水平在523kV左右。風電場220kV母線電壓控制目標值為227kV， 220kV母線控制目標為225kV， SVG投入且電容器投切時，隨著風電出力增加，系統主要節點電壓和匯集站無功情況如圖3所示。

圖2 主要節點電壓和匯集站無功曲線

圖3 主要節點電壓和匯集站無功曲線

從圖3看出，各母線電壓水平均在合理范圍內。風電大出力時匯集站220kV母線電壓能夠控制在目標值，但在風電小出力時，風電場需要發出大量無功功率，并注入匯集站，導致匯集站220kV母線電壓高于控制目標225kV，此時匯集站的SVG處于滿發吸收無功的工作方式，即風電場大發無功匯集站SVG滿發吸收的情況，不利于匯集站和風電場無功電壓控制，造成不必要的電壓調節和無功輸出。因此考慮風電場采用分段控制方式，即不同的出力水平下采用不同的控制目標。保證系統主要節點和風電場主要母線電壓均能處在合理范圍內，同時能夠在一定程度上釋放匯集站SVG容量，增加動態無功備用。風電場和匯集站無功交換量明顯下降。從前面的仿真分析可以看出，在風電出力低于裝機容量的45%時，風電場220kV母線電壓控制在225kV，風電場與匯集站無功交換較小，且匯集站220kV母線電壓能夠控制在225kV；在風電出力高于裝機容量的45%時，風電場220kV母線電壓控制在227kV，風電場與匯集站無功交換較小，且匯集站220kV母線電壓能夠控制在225kV；在風電滿發時，風電場機端母線電壓最高達到了0.75kV，因此，風電場220kV母線電壓控制目標值不宜過高。

（2）匯集站220kV母線初始電壓水平為232kV。考慮匯集站和風電場內無功補償后，風電場220kV母線電壓控制目標值為232kV，匯集站220kV母線控制目標為232kV，SVG投入且電容器投切時，隨著風電出力增加，系統主要節點電壓和匯集站無功情況見圖4。

圖4 主要節點電壓和匯集站無功曲線

從圖4可以看出，匯集站220kV母線初始電壓為232kV左右，但在風電大出力時，需要匯集站向風電場注入大量無功功率。因此考慮風電場采用分段控制方式，即不同的出力水平下采用不同的控制目標。但是在風電滿發時，風電場機端母線電壓最高達到了0.768kV，超出了風電機組機端母線電壓正常運行范圍。因此，當系統電壓水平較高時，風電場220kV母線電壓控制目標值不宜過高，風電場220kV母線電壓不宜采用分段控制。當匯集站220kV母線電壓初始水平為232kV時，風電場220kV母線電壓控制目標值宜與匯集站220kV母線電壓控制水平一致。

2.2 匯集站兩臺主變并列運行

4座風電場接入匯集站風電匯集站，匯集站兩臺主變并列運行。根據仿真結果，當匯集站220kV母線初始電壓水平為225kV，采用分段控制時，系統主要節點和風電場主要母線電壓均能處在合理范圍內，同時，能夠在一定程度上釋放匯集站SVG容量，增加動態無功備用。風電場和匯集站無功交換量明顯下降，但是存在無功補償裝置控制目標調節頻繁的問題。系統主要母線電壓、風電場母線電壓、風電場匯集站無功交換均與單臺變壓器運行類似；當匯集站220kV母線初始電壓水平為232kV時，系統主要母線電壓、風電場母線電壓、風電場匯集站無功交換均與單臺變壓器運行類似。

2.3 無功補償控制策略

（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采用聯合控制，控制點為匯集站220kV母線，采用電壓控制方式。建議SVG允許控制死區為±1kV，不宜超過2kV；當匯集站220kV母線電壓低于控制目標需要補償容性無功時優先投入電容器組，直至容性無功補償全部用完。以風電接入對系統電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標與風電接入前電壓一致。

（2）風電場動態無功補償裝置的控制策略。建議4座風電場的動態無功補償裝置控制點為各自風電場并網點220kV母線電壓，允許控制死區±1kV，不宜超過2kV。風電場動態無功補償裝置控制策略可以采用目標值不變的控制策略與目標值隨著風電出力水平變化2種控制策略。

①風電接入前匯集站220kV母線電壓低于229kV。方案一：風電場的動態無功補償裝置控制點為并網點220kV母線電壓，控制目標與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標一致。方案二：建議風電場的動態無功補償裝置控制點為并網點220kV母線電壓，風電出力水平較低時，風電場無功補償裝置的控制目標與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標一致，風電出力水平較大時，風電場無功補償裝置的控制目標宜稍高于與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標，建議控制目標高2kV。從而避免出現匯集站發出無功功率，風電場無功補償裝置吸收無功功率的情況。

方案一控制方式簡單，但是風電低出力時，無功電壓控制效果欠佳。方案二控制效果較好，但是需要根據風電出力情況頻繁調節風電場無功補償裝置控制目標。

②風電接入前匯集站220kV母線電壓等于及高于229kV。風電場的動態無功補償裝置控制點為各自風電場并網點220kV母線電壓，建議控制目標與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標一致。從而避免系統電壓水平較高時出現風電機組機端母線電壓水平超出正常運行范圍的情況。

3 結語

對風電匯集站接入4個風電場后的無功補償控制策略進行了分析，得出以下主要結論。

（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采用聯合控制，控制點為匯集站220kV母線，采用電壓控制方式。以風電接入對系統電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標與風電接入前電壓一致。

（2）風電場動態無功補償裝置的控制策略。4座風電場的動態無功補償裝置控制點為并網點220kV母線電壓，允許控制死區±1kV，不宜超過2kV。風電場動態無功補償裝置控制策略可以采用目標值不變的控制策略與目標值隨著風電出力水平變化2種控制策略。

TM614

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：1671-0711（2017）12（下）-0121-03