基于风电场投切对地区电网电压的影响研究

2018-08-08欧亮亮

中国设备工程 2018年15期

欧亮亮

（江苏龙源风力发电有限公司，江苏南通 226400）

风电场是地区电网的重要建设内容，对地区电网的平稳安全供电具有至关重要的影响。由于风电场本身具有随机性和间歇性的特点，因此可控性较低，投切现象会对地区电网电压的稳定造成极大影响，尤其会降低风电场周边变电站的电压质量，因此在风电场的初期规划中，必须对接入系统进行严谨的规划。为了保障规划的科学性，对风电场投切的影响研究很有必要。

1 风电场系统电网的特点分析

1.1 发电具有随意性

电力系统在接受发电厂供电时，一般能够对发电量进行控制。例如火电厂、水电厂、核电厂等发电站在进行发电时，可以根据区域电网中具体所需的发电量进行供给，而风电场的发电量却是不可控的，在发电时具有随意性。造成这一现象的主要原因在于风电场主要依靠风力进行发电，由于风力资源的大小，其本身就具有不可控的特点，因此在具体应用中也会出现这一特点。

1.2 不交换无功功率

风电场在规划建设时，一般会选择两种类型的发电机组，一种是普通异步发电机，另一种是双馈感应发电机。普通异步发电机的特点是恒速发电，双馈感应发电机的特点是变速发电。利用普通异步发电机进行发电时，发电机组会对电压造成波动，影响发电的稳定性，同时还会在电力系统中吸收无功功率；双馈感应发电机在发电时会与电力系统进行功率交换，但是既不吸收无功功率，也不发送无功功率。

1.3 系统电网结构薄弱

风电场一般建立在距离城镇较远的郊区的宽广地带，这是因为风力资源在开阔地区能够发挥更大的效率，因此风电场的规划建设一般处于地区电网的边缘地带，这导致地区变电站接入风电场的线路与其他相比过长，我国很多省份的风电场与地区变电站的距离平均达到100km以上，因此风电场系统电网的结构也相对比较薄弱，很容易因为变电站电压等级的变化对地区电网电压造成不良影响。

2 风电场投切对地区电网电压的影响分析——以国电A风电场为例

2.1 概述

本文以某风电场为例，对该风电场运行过程中的典型方式进行比较和分析，根据各项具体参数的比较，计算出电压的不同，从而得出地区电网电压的波动效果。A风电场位于某省的东北部，是地区系统电网中的末端部分，与a城镇电网之间的距离为80km，风电场容量达到27．68MW，远期规划A风电场容量达到450～500MW之间。A发电厂与a城镇电网之间的连接线路为220kV，线路总长为108．37km。在A发电厂小负荷运行的情况下，a城镇220kV的电压于A风电场偏高，这对地区的电网电压造成极大的波动。

2.2 不具备补偿装置的220KV电网电压计算

（1）风电场不发电。本次主要对A风电场冬季大负荷运行方式和小负荷运行方式进行研究，在220kV的变电站条件下，计算风电场不具备补偿装置时的电网电压值。根据潮流计算发现，在A风电场不发电的情况下，220kV发电站电压会在小负荷运行的状态下达到最高，而其他变电站的电压会相对下降，造成这一现象的主要原因在于冬季小负荷运行时，a城镇的用电负荷会减少到90MW，A风电场的无功功率会向其他风电场陆续倒送，因此，综合下来A风电场的电压最大。

（2）冬季小负荷和大负荷运行方式。对A风电场冬季小负荷运行和大负荷运行的方式进行分别计算，发现在小负荷运行的情况下，a城镇电网系统的无功功率会发生剩余现象，尤其是A风电场送电线的无功功率会达到最高，因此该地区间各变电站的电压会升高。在80～130MW的出力情况下，A风电场的电压会上升到240kV。

（3）风电场出力变化。在220kV电网电压不具备补偿器的情况下，A风电场的出力会经历大幅度的变化，最低值为0MW，最高值达到250MW，而地区电网的电压值最高达到240．37kV，最低为228kV，均超过220kV的变电站电压等级，其电网电压的变化幅度达到了10%以上。

2.3 具备补偿装置的220kV电网电压计算

为补充地区电网中的无功功率，A风电场在输出电压的配电装置上，装置电容器组这一无功补偿装置，从而对地区电网电压的稳定性进行改善，装置电容器组后的改善效果如表1所示。根据图表中的数据分析可知，2017年不同区域配置电容器组后，电网电压值表均有所变化，其中电压值的高低与电容器组的容量之间呈反向对比的关系，及电容器组的容量越高，电压值就越低，因此各区域安装点的电压值与不具备补偿装置之前的电压相比，都呈现出下降的趋势，其中A风电场的调压效果显著。

表1 2017年不同区域配置电容器组后电网电压值表

2.4 500kV变电站对电网电压的影响

（1）220kV变电站不具备补偿装置的电压计算。在冬季小负荷运行的情况下，A风电场会对地区电网电压值造成波动。在风电场接入500kV变电站、不配置电抗器的情况下，A风电场的出力分别为0MW、125MW、260MW、400MW，其对应的A风电场、安装点1、安装点2、安装点3和安装点4的电网电压值分别为 236．8kV、236．8kV、235．4kV 和 233．8kV。

（2）变电站具备不同容量补偿装置的电压计算。在冬季小负荷运行的情况下，将500kV的变电站始终投入运行，设置10Mvar电抗器后得到a城镇的电网电压值如下：A风电场的出力分别为0MW、125MW、260MW、400MW，其对应的A风电场、安装点1、安装点2、安装点3和安装点4的电网电压值分别为236．7kV、236．7kV、235．2kV 和 233．4kV。

（3）500kV变电站投入风电场对地区电网电压的影响。从上述的数据分析得到以下结果：

①在220kV等级的变电站设备下，无论风电场是否配置电容器组，变电站与地区电压之间的关系始终呈现出正向对比的关系，也就是说风电场的出力程度越大，变电站的电压值就越高。但是在风电场无功功率达到一定程度时，变电站的电压又会呈现下降的趋势；在500kV等级的变电站设备下，变电站与地区电压之间的关系也呈现正向对比的关系，风电场的出力程度越大，变电站的电压值就越高，风电场的无功功率达到一定程度时，变电站的电压会下降。

②A风电场的出力分别为0MW、125MW、260MW、400MW，在这一变化的过程中，220kV母线电压的波动率为2．2%，而其他电压与风电场的出力程度相比，存在反向对比的关系，也就是说风电场出力的程度越大，电压值就会相应变小，而其中A风电场的电压值变化最小，主要原因在于接入500kV的变电器和配置电容器组后，A风电场的电网结构得以增强，因此对地区电压值的影响力度也相对变小。

③对不具备补偿装置的220kV变电站、具备10Mvar补偿装置的220kV变电站的电压值计算可知，A风电场变电站的母线电压与电容器量之间呈现出反向对比的关系，也就是说电容器量增加，A风电场变电站的母线电压就会相应减小。另外，在切除电容器组后发现变电站的母线电压会升高，而在投入电容器组后发现变电站的母线电压会降低，在接入500kV变电站后，母线电压波动的数值为0．2kV。

④在对其他安装点的电容器组进行投入或者切除时，发现220kV变电站的母线电压波动较小。在接入500kV变电站、始终投入运行60Mvar的电容器组、将A风电场的出力程度由0MW、125MW、260MW、400MW进行递增时，发现a城镇电网中的无功功率会相应增加，造成这一现象的主要原因在于，A风电场由500kV变电站向220kV电网输送电力时，会增加很多无功功率，因此地区电网电压也会相应下降。

⑤通过接入500kV变电站对A风电场进行调压控制，根据上文的计算结果可知，在配置低容量电容器组的情况下，需要在220kV侧电压升高时对电容器进行切除，在220kV侧电压降低时对电容器进行接入，从而保障地区电网电压的稳定性。