基于恒功率因数控制的风电场无功控制策略优化方法

作者:王波;辛东昊;王乐媛;赵永飞; 刊名:内蒙古电力技术 上传者:马德宇

【摘要】风电场目前采用无功补偿设备的恒无功控制方式对风电场产生的无功功率损耗进行补偿,该方法没有考虑风机的无功出力能力,同时存在使风电场无功功率—电压灵敏度增大等不利于电网安全稳定运行的问题.风机以恒功率因数方式运行,动态无功功率补偿装置以恒电压方式运行,以风电场与系统不交换无功功率为控制目标,可以调用风机一定的无功出力能力,优化风电场无功控制能力.分析结果表明,该方法可以补偿风电场自身产生的无功功率损耗,降低风电场对无功功率补偿设备的投资.

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0引言随着新能源发电在全球范围内突飞猛进的发展,蒙西地区风力发电装机容量近几年得到了飞速增长。2016年年底,蒙西地区总装机容量63643.55MW,其中,风力发电总装机容量16036.39MW,发电量29.602TWh,占蒙西地区装机比例的25.2%,发电量的14.1%。但由于风力发电主要集中于电网末端的偏远地区,地区电压控制手段匮乏,导致了风电汇集区无功控制不佳的情况。国内已有多起由风电汇集地区无功控制不佳导致地区电压崩溃的事件,引发的连锁事故对电网产生了严重的影响,造成了巨大的经济损失。风电场无功控制方法及策略国内已有大量的相关研究。文献[1]介绍了一种利用并联电容器就地补偿和风电场变电站集中补偿相结合补偿风电场无功功率损耗的方法。文献[2]介绍了一种利用静止无功补偿器(StaticVarCompensater,SVC)和静止无功补偿发生器(StaticVarGenerator,SVG)以恒电压控制方式改善风电场无功输出特性的方法。文献[3]分析了张北沽源风电场汇集地区恒无功控制导致地区风电场因高电压脱网的原因,指出了风电场汇集地区采用风电场感性支路恒无功控制方式可能会导致无功功率电压灵敏度增大的问题,如有外界电容挠动,母线电压阶跃升高,可能导致风电场电压持续升高,最终出现电压崩溃的情况。国内风电场主要采用无功功率补偿设备的恒无功功率的运行方式补偿风电场无功功率损耗,因此多数风电汇集地区存在同样的风险。本文提出一种既考虑风力发电机组自身的无功出力能力,也配置一部分SVG的方法,使风机以恒功率因数方式运行,SVG以恒电压方式运行,实现风电场并网点与系统不交换无功功率,保证风电场不影响系统电压。该方法有利于降低风电场无功补偿设备的投资,同时可为电网挖掘更多的无功储备。1案例分析1.1风电场概况本文选取的是电网末端风电汇集区某典型风电场,通过单回220kV线路接入系统某220kV变电站。风电场内部共有50台2MW双馈风机,经4条汇流线路接入风电场内220kV升压站。风电场在35kV侧配备有无功功率补偿设备,其中SVC17Mvar,SVG6Mvar。本文选取的是双馈型风力发电机组,对其无功功率调节机理及控制策略已有较多研究[4]。对于直驱型风力发电机组,其无功功率控制能力要优于双馈型风力发电机组,所以本文论述的方法同样可应用于直驱型风力发电机组。《GB/T199632011风电场接入电力系统技术规定》说明,风电场安装的风机应满足功率因数在超前0.95~滞后0.95的范围内动态可调[5]。所以,通过风机按照恒功率因数运行以补偿风电场部分无功功率损耗是可行的。1.2风机不同出力时的计算分析对风电场无功功率补偿容量的计算方法已有较多研究[6]。本文着重对基于风机恒功率因数控制的风电场无功功率控制方法进行探讨。本文所例举方法主要考虑风机的有功出力和功率因数2个变量。分析时发现,对于本案例仅调用0.99~1的无功出力即可满足要求。所以,本文首先分析在额定电压情况下风电场有功出力以10%为步长的0~100%区间及功率因数以0.001为步长的0.99~1的所有情况。相关计算结果见表1、表2,无功功率曲线如图1所示。分析表1和图1,可以得到以下结论。(1)由于风电场线路存在对地电容,会产生一定的充电功率。所以在风电场零发时,风电场会向电网发出一定的无功功率,风电场整体呈容性。风电场SVG容量通常是根据线路总充电功率配置的。(2)由于风电场整体控制策略为恒功率因数控制,风机在所有功率区间统一发出无功功率。因此在风电场有功出力较低且线路及变压器产生的感性无功功率较小时

参考文献

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