張洪源+吳興全

摘 要：雖然風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)比較成熟，但仍然存在著一些問題，本文簡單介紹風(fēng)電場對電網(wǎng)電壓造成的影響，優(yōu)化規(guī)劃含風(fēng)電場電網(wǎng)的無功功率，開發(fā)控制含風(fēng)電場電網(wǎng)的電壓，分析電壓越限概率指標(biāo)和其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；無功電壓；規(guī)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(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染性氣體，嚴(yán)重影響了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，為解決這一問題，就要采取環(huán)保能源代替化石能源，目前，以風(fēng)能和太陽能為代表的新能源逐漸應(yīng)用到生產(chǎn)中，風(fēng)電是這幾種新能源中技術(shù)比較成熟的具有商業(yè)價值的發(fā)電形式，在風(fēng)電運(yùn)行中可能會對電網(wǎng)的電壓造成一定的影響，造成電能質(zhì)量不高、電壓不穩(wěn)和供電可靠性低等問題，本文結(jié)合該問題探討風(fēng)電場對電網(wǎng)電壓的影響，優(yōu)化規(guī)劃風(fēng)電場電網(wǎng)的無功功率，補(bǔ)償無功功率，分析電壓越限指標(biāo)和他的應(yīng)用。

2 風(fēng)電場對電網(wǎng)電壓的影響

總所周知，風(fēng)是不可預(yù)測的，不同地區(qū)和不同海拔高度，風(fēng)速存在著很大差異，即使同一地點(diǎn)，不同時間風(fēng)速也存在很大差異，并且與風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的配套設(shè)施不完善也是阻礙風(fēng)電發(fā)展的一大難題。風(fēng)電是一種間歇性和變化性較強(qiáng)的一種發(fā)電形式，由于發(fā)電功率的不確切性，難以準(zhǔn)確計算風(fēng)電場的功率，影響電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓幅值偏移，由于風(fēng)電的間歇性和隨機(jī)性，隨著電網(wǎng)功率的變化電壓也將隨之波動。

電網(wǎng)電壓的幅值主要取決于電壓降落的縱分量，當(dāng)增加有功功率和無功功率時，均會導(dǎo)致電壓的升高，當(dāng)有功功率和無功功率滿足有功點(diǎn)負(fù)荷繼續(xù)向系統(tǒng)送功時，此時有功電壓將大于系統(tǒng)的電壓，所以對變電站節(jié)點(diǎn)電壓的影響主要是由風(fēng)電場送入變電站的功率大小決定。

在單風(fēng)電場接入情況下，將風(fēng)電場的裝機(jī)容量由0增加到150MW時，記錄各節(jié)點(diǎn)的電壓，分析風(fēng)電場容量和電壓的關(guān)系可知，當(dāng)風(fēng)電場的裝機(jī)容量增加時，風(fēng)電線路中的各支點(diǎn)電壓的最大值升高，最小值降低，距離風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)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(fēng)電場應(yīng)當(dāng)注意進(jìn)相的程度，防止電壓崩潰。

在多風(fēng)電場接入情況下，隨著風(fēng)電場容量的增加，風(fēng)電支路各節(jié)點(diǎn)上的電壓標(biāo)準(zhǔn)差越大，即越靠近風(fēng)電場的節(jié)點(diǎn)，電壓波動的情況越嚴(yán)重，所以風(fēng)電支路節(jié)點(diǎn)的電壓波動往往大于中樞點(diǎn)的電壓波動。多個風(fēng)電場接入要高于單風(fēng)電場接入的電壓波動，主要是由于其他風(fēng)電場造成的，在小于50MW容量時影響不大。不同片區(qū)對風(fēng)電場接入的多少無影響，其電壓波動不大。

3 含風(fēng)電場電網(wǎng)的無功優(yōu)化規(guī)劃

對含風(fēng)電場電網(wǎng)的無功規(guī)劃主要從輸電的有功損耗、無功裝置的安裝費(fèi)用和電壓質(zhì)量三個方面決定，由于動態(tài)無功補(bǔ)償裝置設(shè)備的造價比較高、運(yùn)行可靠性低，所以含風(fēng)電場電網(wǎng)的無功規(guī)劃主要考慮電容器和電抗器，設(shè)置無功補(bǔ)償裝置主要是根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷值決定，在電網(wǎng)負(fù)荷最大值時采用電容器補(bǔ)償容量，在電網(wǎng)負(fù)荷最小值時取電抗器補(bǔ)償。含風(fēng)電場電網(wǎng)在進(jìn)行無功優(yōu)化時，有功主要是由風(fēng)速和控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，無功是控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)電場的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以在電網(wǎng)負(fù)荷最大值時，應(yīng)使電壓下降到最大風(fēng)電場的有功功率和無功功率，反之使電壓上升至最大風(fēng)電場的有功功率和無功功率。我國國標(biāo)要求風(fēng)電場盡量運(yùn)用自身的無功調(diào)節(jié)能力，必要情況下采取無功補(bǔ)償裝置。總結(jié)以上分析，優(yōu)化含風(fēng)電場電網(wǎng)的無功步驟為：（1）核實(shí)變電站的間隔數(shù)量，確定變電站的電容器和電抗器數(shù)量，并確定單機(jī)組的容量。（2）通過對電網(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測以及風(fēng)電場的極端功率方式，最終確定電網(wǎng)的極端運(yùn)行方式，其中包括電壓的最低和最高兩種運(yùn)行方式。最高運(yùn)行方式主要運(yùn)用到感性無功補(bǔ)償裝置，最低運(yùn)行方式主要運(yùn)用到容性補(bǔ)償裝置。（3）結(jié)合變電站，規(guī)劃線路，搭建年電壓最輕和最重的電網(wǎng)網(wǎng)架。（4）根據(jù)兩種網(wǎng)架的線路，確定無功規(guī)劃計算，最終確定感性和容性無功補(bǔ)償裝置的方案。

4 電壓越限概率指標(biāo)及其應(yīng)用

電壓越限概率指標(biāo)是反映節(jié)點(diǎn)的電壓在風(fēng)電的作用下發(fā)生越限的概率，通過對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化計算，最后使電壓越限概率指標(biāo)達(dá)到最低。風(fēng)電場一般處于偏僻地區(qū)，往往遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，通常是采取放射式接線進(jìn)入電網(wǎng)，由于受到傳輸線路的限制，110KV以上的風(fēng)電場的容量一般不能超過50MW，這樣運(yùn)行的功率因素比較高，使風(fēng)電場范圍內(nèi)的功率變化比較小，這樣使風(fēng)電場的功率與節(jié)點(diǎn)電壓的增長呈近似規(guī)律。當(dāng)進(jìn)行無功優(yōu)化后，節(jié)點(diǎn)的電壓位于區(qū)間之間，不管風(fēng)電場的功率大小，狀態(tài)怎樣變化，在無功補(bǔ)償?shù)囊粋€周期內(nèi)，節(jié)點(diǎn)電壓是不會發(fā)生越限的，即越限的概率為0。當(dāng)風(fēng)電場的容量較大時，斜線區(qū)域一般不存在，即使存在，因為無功調(diào)節(jié)的資源有限，電壓也不一定能調(diào)節(jié)到斜線區(qū)域內(nèi)，可能會落在灰色區(qū)域，此時的節(jié)點(diǎn)電壓會因風(fēng)電場的影響受到一定概率的越限。

以2011年國內(nèi)某風(fēng)電網(wǎng)為例，該電網(wǎng)包含運(yùn)行風(fēng)電場X和Y，裝機(jī)容量均為49.5MW，分別采取傳統(tǒng)的無功優(yōu)化和改進(jìn)的無功優(yōu)化，根據(jù)計算風(fēng)機(jī)的參數(shù)，對風(fēng)電場進(jìn)行采樣，采取Matlab仿真工具進(jìn)行概率分布分析，應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行擬合，得出理論參數(shù)。兩種補(bǔ)償形式都可以很好的控制當(dāng)前時刻的電壓，但傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償不能隨風(fēng)電的變化進(jìn)行變化，所以要適應(yīng)風(fēng)電的波動特性，只控制當(dāng)前潮流的電壓是不夠的，通過優(yōu)化無功補(bǔ)償后的一段時間內(nèi)只存在較高的節(jié)點(diǎn)，可以更好的適應(yīng)風(fēng)電功率的變化，另外無功優(yōu)化后一定程度上可以達(dá)到降損的效果。

5 結(jié)語

本文主要分析了在單風(fēng)電場接入和多風(fēng)電場接入時對電網(wǎng)電壓造成的影響，根據(jù)電網(wǎng)的極端運(yùn)行方式，確定無功補(bǔ)償裝置的類型，根據(jù)網(wǎng)架確定規(guī)劃無功計算，確定最終無功補(bǔ)償方案。簡單介紹了電壓越限概率指標(biāo)和其應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫步瀛，江岳文，陳沖.風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行的無功補(bǔ)償優(yōu)化問題[J]. 電力自動化設(shè)備，2008，28（05）：42-46.

[2]李欽豪，張勇軍，王孟鄰.風(fēng)電并網(wǎng)對以正序電壓極化的阻抗元件的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（23）：54-57.

[3]董雷，程衛(wèi)東，楊以涵.含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)概率潮流計算[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（16）：87-91.