基于風(fēng)電場(chǎng)投切對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓的影響研究

歐亮亮

（江蘇龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，江蘇 南通 226400）

風(fēng)電場(chǎng)是地區(qū)電網(wǎng)的重要建設(shè)內(nèi)容，對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的平穩(wěn)安全供電具有至關(guān)重要的影響。由于風(fēng)電場(chǎng)本身具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，因此可控性較低，投切現(xiàn)象會(huì)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定造成極大影響，尤其會(huì)降低風(fēng)電場(chǎng)周邊變電站的電壓質(zhì)量，因此在風(fēng)電場(chǎng)的初期規(guī)劃中，必須對(duì)接入系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃。為了保障規(guī)劃的科學(xué)性，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)投切的影響研究很有必要。

1 風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)的特點(diǎn)分析

1.1 發(fā)電具有隨意性

電力系統(tǒng)在接受發(fā)電廠供電時(shí)，一般能夠?qū)Πl(fā)電量進(jìn)行控制。例如火電廠、水電廠、核電廠等發(fā)電站在進(jìn)行發(fā)電時(shí)，可以根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)中具體所需的發(fā)電量進(jìn)行供給，而風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量卻是不可控的，在發(fā)電時(shí)具有隨意性。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于風(fēng)電場(chǎng)主要依靠風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電，由于風(fēng)力資源的大小，其本身就具有不可控的特點(diǎn)，因此在具體應(yīng)用中也會(huì)出現(xiàn)這一特點(diǎn)。

1.2 不交換無(wú)功功率

風(fēng)電場(chǎng)在規(guī)劃建設(shè)時(shí)，一般會(huì)選擇兩種類型的發(fā)電機(jī)組，一種是普通異步發(fā)電機(jī)，另一種是雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)。普通異步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是恒速發(fā)電，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是變速發(fā)電。利用普通異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電時(shí)，發(fā)電機(jī)組會(huì)對(duì)電壓造成波動(dòng)，影響發(fā)電的穩(wěn)定性，同時(shí)還會(huì)在電力系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率；雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在發(fā)電時(shí)會(huì)與電力系統(tǒng)進(jìn)行功率交換，但是既不吸收無(wú)功功率，也不發(fā)送無(wú)功功率。

1.3 系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱

風(fēng)電場(chǎng)一般建立在距離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的郊區(qū)的寬廣地帶，這是因?yàn)轱L(fēng)力資源在開闊地區(qū)能夠發(fā)揮更大的效率，因此風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃建設(shè)一般處于地區(qū)電網(wǎng)的邊緣地帶，這導(dǎo)致地區(qū)變電站接入風(fēng)電場(chǎng)的線路與其他相比過長(zhǎng)，我國(guó)很多省份的風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)變電站的距離平均達(dá)到100km以上，因此風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較薄弱，很容易因?yàn)樽冸娬倦妷旱燃?jí)的變化對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓造成不良影響。

2 風(fēng)電場(chǎng)投切對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓的影響分析——以國(guó)電A風(fēng)電場(chǎng)為例

2.1 概述

本文以某風(fēng)電場(chǎng)為例，對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過程中的典型方式進(jìn)行比較和分析，根據(jù)各項(xiàng)具體參數(shù)的比較，計(jì)算出電壓的不同，從而得出地區(qū)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)效果。A風(fēng)電場(chǎng)位于某省的東北部，是地區(qū)系統(tǒng)電網(wǎng)中的末端部分，與a城鎮(zhèn)電網(wǎng)之間的距離為80km，風(fēng)電場(chǎng)容量達(dá)到27．68MW，遠(yuǎn)期規(guī)劃A風(fēng)電場(chǎng)容量達(dá)到450～500MW之間。A發(fā)電廠與a城鎮(zhèn)電網(wǎng)之間的連接線路為220kV，線路總長(zhǎng)為108．37km。在A發(fā)電廠小負(fù)荷運(yùn)行的情況下，a城鎮(zhèn)220kV的電壓于A風(fēng)電場(chǎng)偏高，這對(duì)地區(qū)的電網(wǎng)電壓造成極大的波動(dòng)。

2.2 不具備補(bǔ)償裝置的220KV電網(wǎng)電壓計(jì)算

（1）風(fēng)電場(chǎng)不發(fā)電。本次主要對(duì)A風(fēng)電場(chǎng)冬季大負(fù)荷運(yùn)行方式和小負(fù)荷運(yùn)行方式進(jìn)行研究，在220kV的變電站條件下，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)不具備補(bǔ)償裝置時(shí)的電網(wǎng)電壓值。根據(jù)潮流計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在A風(fēng)電場(chǎng)不發(fā)電的情況下，220kV發(fā)電站電壓會(huì)在小負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下達(dá)到最高，而其他變電站的電壓會(huì)相對(duì)下降，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于冬季小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，a城鎮(zhèn)的用電負(fù)荷會(huì)減少到90MW，A風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率會(huì)向其他風(fēng)電場(chǎng)陸續(xù)倒送，因此，綜合下來A風(fēng)電場(chǎng)的電壓最大。

（2）冬季小負(fù)荷和大負(fù)荷運(yùn)行方式。對(duì)A風(fēng)電場(chǎng)冬季小負(fù)荷運(yùn)行和大負(fù)荷運(yùn)行的方式進(jìn)行分別計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在小負(fù)荷運(yùn)行的情況下，a城鎮(zhèn)電網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)功功率會(huì)發(fā)生剩余現(xiàn)象，尤其是A風(fēng)電場(chǎng)送電線的無(wú)功功率會(huì)達(dá)到最高，因此該地區(qū)間各變電站的電壓會(huì)升高。在80～130MW的出力情況下，A風(fēng)電場(chǎng)的電壓會(huì)上升到240kV。

（3）風(fēng)電場(chǎng)出力變化。在220kV電網(wǎng)電壓不具備補(bǔ)償器的情況下，A風(fēng)電場(chǎng)的出力會(huì)經(jīng)歷大幅度的變化，最低值為0MW，最高值達(dá)到250MW，而地區(qū)電網(wǎng)的電壓值最高達(dá)到240．37kV，最低為228kV，均超過220kV的變電站電壓等級(jí)，其電網(wǎng)電壓的變化幅度達(dá)到了10%以上。

2.3 具備補(bǔ)償裝置的220kV電網(wǎng)電壓計(jì)算

為補(bǔ)充地區(qū)電網(wǎng)中的無(wú)功功率，A風(fēng)電場(chǎng)在輸出電壓的配電裝置上，裝置電容器組這一無(wú)功補(bǔ)償裝置，從而對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性進(jìn)行改善，裝置電容器組后的改善效果如表1所示。根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)分析可知，2017年不同區(qū)域配置電容器組后，電網(wǎng)電壓值表均有所變化，其中電壓值的高低與電容器組的容量之間呈反向?qū)Ρ鹊年P(guān)系，及電容器組的容量越高，電壓值就越低，因此各區(qū)域安裝點(diǎn)的電壓值與不具備補(bǔ)償裝置之前的電壓相比，都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，其中A風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)壓效果顯著。

表1 2017年不同區(qū)域配置電容器組后電網(wǎng)電壓值表

2.4 500kV變電站對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

（1）220kV變電站不具備補(bǔ)償裝置的電壓計(jì)算。在冬季小負(fù)荷運(yùn)行的情況下，A風(fēng)電場(chǎng)會(huì)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓值造成波動(dòng)。在風(fēng)電場(chǎng)接入500kV變電站、不配置電抗器的情況下，A風(fēng)電場(chǎng)的出力分別為0MW、125MW、260MW、400MW，其對(duì)應(yīng)的A風(fēng)電場(chǎng)、安裝點(diǎn)1、安裝點(diǎn)2、安裝點(diǎn)3和安裝點(diǎn)4的電網(wǎng)電壓值分別為 236．8kV、236．8kV、235．4kV 和 233．8kV。

（2）變電站具備不同容量補(bǔ)償裝置的電壓計(jì)算。在冬季小負(fù)荷運(yùn)行的情況下，將500kV的變電站始終投入運(yùn)行，設(shè)置10Mvar電抗器后得到a城鎮(zhèn)的電網(wǎng)電壓值如下：A風(fēng)電場(chǎng)的出力分別為0MW、125MW、260MW、400MW，其對(duì)應(yīng)的A風(fēng)電場(chǎng)、安裝點(diǎn)1、安裝點(diǎn)2、安裝點(diǎn)3和安裝點(diǎn)4的電網(wǎng)電壓值分別為236．7kV、236．7kV、235．2kV 和 233．4kV。

（3）500kV變電站投入風(fēng)電場(chǎng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓的影響。從上述的數(shù)據(jù)分析得到以下結(jié)果：

①在220kV等級(jí)的變電站設(shè)備下，無(wú)論風(fēng)電場(chǎng)是否配置電容器組，變電站與地區(qū)電壓之間的關(guān)系始終呈現(xiàn)出正向?qū)Ρ鹊年P(guān)系，也就是說風(fēng)電場(chǎng)的出力程度越大，變電站的電壓值就越高。但是在風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率達(dá)到一定程度時(shí)，變電站的電壓又會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；在500kV等級(jí)的變電站設(shè)備下，變電站與地區(qū)電壓之間的關(guān)系也呈現(xiàn)正向?qū)Ρ鹊年P(guān)系，風(fēng)電場(chǎng)的出力程度越大，變電站的電壓值就越高，風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率達(dá)到一定程度時(shí)，變電站的電壓會(huì)下降。

②A風(fēng)電場(chǎng)的出力分別為0MW、125MW、260MW、400MW，在這一變化的過程中，220kV母線電壓的波動(dòng)率為2．2%，而其他電壓與風(fēng)電場(chǎng)的出力程度相比，存在反向?qū)Ρ鹊年P(guān)系，也就是說風(fēng)電場(chǎng)出力的程度越大，電壓值就會(huì)相應(yīng)變小，而其中A風(fēng)電場(chǎng)的電壓值變化最小，主要原因在于接入500kV的變電器和配置電容器組后，A風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)得以增強(qiáng)，因此對(duì)地區(qū)電壓值的影響力度也相對(duì)變小。

③對(duì)不具備補(bǔ)償裝置的220kV變電站、具備10Mvar補(bǔ)償裝置的220kV變電站的電壓值計(jì)算可知，A風(fēng)電場(chǎng)變電站的母線電壓與電容器量之間呈現(xiàn)出反向?qū)Ρ鹊年P(guān)系，也就是說電容器量增加，A風(fēng)電場(chǎng)變電站的母線電壓就會(huì)相應(yīng)減小。另外，在切除電容器組后發(fā)現(xiàn)變電站的母線電壓會(huì)升高，而在投入電容器組后發(fā)現(xiàn)變電站的母線電壓會(huì)降低，在接入500kV變電站后，母線電壓波動(dòng)的數(shù)值為0．2kV。

④在對(duì)其他安裝點(diǎn)的電容器組進(jìn)行投入或者切除時(shí)，發(fā)現(xiàn)220kV變電站的母線電壓波動(dòng)較小。在接入500kV變電站、始終投入運(yùn)行60Mvar的電容器組、將A風(fēng)電場(chǎng)的出力程度由0MW、125MW、260MW、400MW進(jìn)行遞增時(shí)，發(fā)現(xiàn)a城鎮(zhèn)電網(wǎng)中的無(wú)功功率會(huì)相應(yīng)增加，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于，A風(fēng)電場(chǎng)由500kV變電站向220kV電網(wǎng)輸送電力時(shí)，會(huì)增加很多無(wú)功功率，因此地區(qū)電網(wǎng)電壓也會(huì)相應(yīng)下降。

⑤通過接入500kV變電站對(duì)A風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行調(diào)壓控制，根據(jù)上文的計(jì)算結(jié)果可知，在配置低容量電容器組的情況下，需要在220kV側(cè)電壓升高時(shí)對(duì)電容器進(jìn)行切除，在220kV側(cè)電壓降低時(shí)對(duì)電容器進(jìn)行接入，從而保障地區(qū)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)基于風(fēng)電場(chǎng)投切對(duì)地區(qū)電壓電網(wǎng)影響的探究很有必要。研究可得，配置容量電容器組的高低對(duì)220kV側(cè)電壓有影響，要針對(duì)性投切才能保障地區(qū)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。