羅宇亮

（國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

風(fēng)電匯集站無功控制策略研究

羅宇亮

（國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

根據(jù)某風(fēng)電匯集站系統(tǒng)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(lián)合控制。以風(fēng)電接入對系統(tǒng)電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標(biāo)與風(fēng)電接入前電壓一致。建議SVG允許控制死區(qū)為±1kV，不宜超過2kV；當(dāng)匯集站220kV母線電壓低于控制目標(biāo)時優(yōu)先投入電容器組，直至容性無功補償全部用完。

風(fēng)電；匯集站；無功控制策略

東北某地區(qū)風(fēng)資源豐富，域內(nèi)建有百萬風(fēng)電基地，通過500kV匯集站送出，匯集站500kV部分采用擴(kuò)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(yuǎn)期裝設(shè)5組低壓無功設(shè)備，本期裝設(shè)3組60Mvar低壓電容器組和1組60M var SVG（靜止無功發(fā)生器），目前有4座風(fēng)電場接入?yún)R集站運行。

1 計算條件

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

2 控制策略研究

根據(jù)4座風(fēng)電場接入情況，搭建仿真分析模型。以4個風(fēng)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(jìn)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(fēng)電場接入同一臺主變運行。以風(fēng)電接入后不影響系統(tǒng)電壓為目標(biāo)，確定匯集站220kV母線控制目標(biāo)為225kV，各風(fēng)電場220kV母線控制目標(biāo)為225kV。為儲備更多的動態(tài)無功容量，匯集站應(yīng)優(yōu)先投切電容器，從而達(dá)到預(yù)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(dāng)匯集站220kV母線電壓低于225kV時投入電容器。隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)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(nèi)，但此時匯集站發(fā)出無功，風(fēng)電場吸收無功，不利于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和無功補償；此外，匯集站500kV母線電壓低于風(fēng)電接入前水平。因此，應(yīng)適當(dāng)提高風(fēng)電場220kV母線電壓控制電壓為227kV，匯集站220kV母線控制目標(biāo)為225kV。SVG不動作，電容器投切時，隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)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(nèi)，匯集站500kV母線電壓水平在523kV左右。風(fēng)電場220kV母線電壓控制目標(biāo)值為227kV， 220kV母線控制目標(biāo)為225kV， SVG投入且電容器投切時，隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)點電壓和匯集站無功情況如圖3所示。

圖2 主要節(jié)點電壓和匯集站無功曲線

圖3 主要節(jié)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(nèi)。風(fēng)電大出力時匯集站220kV母線電壓能夠控制在目標(biāo)值，但在風(fēng)電小出力時，風(fēng)電場需要發(fā)出大量無功功率，并注入?yún)R集站，導(dǎo)致匯集站220kV母線電壓高于控制目標(biāo)225kV，此時匯集站的SVG處于滿發(fā)吸收無功的工作方式，即風(fēng)電場大發(fā)無功匯集站SVG滿發(fā)吸收的情況，不利于匯集站和風(fēng)電場無功電壓控制，造成不必要的電壓調(diào)節(jié)和無功輸出。因此考慮風(fēng)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(biāo)。保證系統(tǒng)主要節(jié)點和風(fēng)電場主要母線電壓均能處在合理范圍內(nèi)，同時能夠在一定程度上釋放匯集站SVG容量，增加動態(tài)無功備用。風(fēng)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(fēng)電出力低于裝機(jī)容量的45%時，風(fēng)電場220kV母線電壓控制在225kV，風(fēng)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(fēng)電出力高于裝機(jī)容量的45%時，風(fēng)電場220kV母線電壓控制在227kV，風(fēng)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(fēng)電滿發(fā)時，風(fēng)電場機(jī)端母線電壓最高達(dá)到了0.75kV，因此，風(fēng)電場220kV母線電壓控制目標(biāo)值不宜過高。

（2）匯集站220kV母線初始電壓水平為232kV?？紤]匯集站和風(fēng)電場內(nèi)無功補償后，風(fēng)電場220kV母線電壓控制目標(biāo)值為232kV，匯集站220kV母線控制目標(biāo)為232kV，SVG投入且電容器投切時，隨著風(fēng)電出力增加，系統(tǒng)主要節(jié)點電壓和匯集站無功情況見圖4。

圖4 主要節(jié)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(fēng)電大出力時，需要匯集站向風(fēng)電場注入大量無功功率。因此考慮風(fēng)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(biāo)。但是在風(fēng)電滿發(fā)時，風(fēng)電場機(jī)端母線電壓最高達(dá)到了0.768kV，超出了風(fēng)電機(jī)組機(jī)端母線電壓正常運行范圍。因此，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平較高時，風(fēng)電場220kV母線電壓控制目標(biāo)值不宜過高，風(fēng)電場220kV母線電壓不宜采用分段控制。當(dāng)匯集站220kV母線電壓初始水平為232kV時，風(fēng)電場220kV母線電壓控制目標(biāo)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(fēng)電場接入?yún)R集站風(fēng)電匯集站，匯集站兩臺主變并列運行。根據(jù)仿真結(jié)果，當(dāng)匯集站220kV母線初始電壓水平為225kV，采用分段控制時，系統(tǒng)主要節(jié)點和風(fēng)電場主要母線電壓均能處在合理范圍內(nèi)，同時，能夠在一定程度上釋放匯集站SVG容量，增加動態(tài)無功備用。風(fēng)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(biāo)調(diào)節(jié)頻繁的問題。系統(tǒng)主要母線電壓、風(fēng)電場母線電壓、風(fēng)電場匯集站無功交換均與單臺變壓器運行類似；當(dāng)匯集站220kV母線初始電壓水平為232kV時，系統(tǒng)主要母線電壓、風(fēng)電場母線電壓、風(fēng)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(lián)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(qū)為±1kV，不宜超過2kV；當(dāng)匯集站220kV母線電壓低于控制目標(biāo)需要補償容性無功時優(yōu)先投入電容器組，直至容性無功補償全部用完。以風(fēng)電接入對系統(tǒng)電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標(biāo)與風(fēng)電接入前電壓一致。

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

①風(fēng)電接入前匯集站220kV母線電壓低于229kV。方案一：風(fēng)電場的動態(tài)無功補償裝置控制點為并網(wǎng)點220kV母線電壓，控制目標(biāo)與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標(biāo)一致。方案二：建議風(fēng)電場的動態(tài)無功補償裝置控制點為并網(wǎng)點220kV母線電壓，風(fēng)電出力水平較低時，風(fēng)電場無功補償裝置的控制目標(biāo)與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標(biāo)一致，風(fēng)電出力水平較大時，風(fēng)電場無功補償裝置的控制目標(biāo)宜稍高于與匯集站變電站的電容器組與SVG的控制目標(biāo)，建議控制目標(biāo)高2kV。從而避免出現(xiàn)匯集站發(fā)出無功功率，風(fēng)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(fēng)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(jù)風(fēng)電出力情況頻繁調(diào)節(jié)風(fēng)電場無功補償裝置控制目標(biāo)。

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

3 結(jié)語

對風(fēng)電匯集站接入4個風(fēng)電場后的無功補償控制策略進(jìn)行了分析，得出以下主要結(jié)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(lián)合控制，控制點為匯集站220kV母線，采用電壓控制方式。以風(fēng)電接入對系統(tǒng)電壓影響最小為原則，建議電容器組和SVG的電壓控制目標(biāo)與風(fēng)電接入前電壓一致。

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

TM614

：A

：1671-0711（2017）12（下）-0121-03