風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償

【摘要】在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘坎粩鄶U(kuò)展的背景之下，機(jī)組總?cè)萘繉?shí)現(xiàn)1500kW單位已極為普遍。由此，無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾獌r(jià)值更是不言而喻的。本文依據(jù)這一實(shí)際情況，建立在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的基本條件下，就異步發(fā)電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂圃磉M(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析與闡述，進(jìn)而結(jié)合某裝機(jī)容量1500kW機(jī)組在無(wú)功補(bǔ)償方面的實(shí)例，研究了相應(yīng)的補(bǔ)償措施與策略，希望能夠?yàn)橥愋蛯?shí)踐工作的開(kāi)展提供一定的參考與幫助。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場(chǎng)；并網(wǎng)；無(wú)功補(bǔ)償；原理；策略

在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)下，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行《國(guó)家電網(wǎng)公司風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中所涉及到的相關(guān)要求來(lái)看，在對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，要求滿足以下幾個(gè)方面的基本條件：（1）對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，要求其高壓側(cè)的功率因數(shù)能夠控制在0.98單位以上；（2）要求所應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置物攻輸出具有動(dòng)態(tài)平滑調(diào)節(jié)的能力，能夠與風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行下的啟停機(jī)、風(fēng)速變化等特殊條件相適應(yīng)，確保無(wú)功補(bǔ)償能力的動(dòng)態(tài)性與靈活性；（3）要求所應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的靈活調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)閃變、電壓波動(dòng)等方面的問(wèn)題；（4）要求所應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置具有風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)電壓暫態(tài)調(diào)節(jié)支撐能力，低壓狀態(tài)下維持性能良好。本文即立足以上基本條件，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)問(wèn)題展開(kāi)綜合分析與討論。

1.無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕竟ぷ髟矸治?/p>

當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，電壓波形表現(xiàn)為正弦波狀態(tài)時(shí)，且測(cè)定此狀態(tài)下的電壓相位與電流相位完全一致，則電阻性電氣設(shè)備自電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中所獲取的功率與電壓參數(shù)以及電流參數(shù)均呈正比例相關(guān)關(guān)系，且功率的計(jì)算可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：

P（運(yùn)行功率）=U（電壓參數(shù)）*I（電流參數(shù)）；

而對(duì)于電動(dòng)機(jī)、變壓器裝置等一類的電感性電氣設(shè)備而言，在其實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，除涉及到電壓參數(shù)、電流參數(shù)對(duì)其功率產(chǎn)生的影響以外，由于其需要以磁場(chǎng)作為運(yùn)行的載體支持，因此導(dǎo)致這部分電感性電氣設(shè)備所消耗的能量無(wú)法實(shí)現(xiàn)面向有功功率的轉(zhuǎn)化。而通常，我們將這部分無(wú)法轉(zhuǎn)化為有功功率的功率稱之為無(wú)功功率，定義為Q。在電感性電氣設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，一旦出現(xiàn)無(wú)功功率，則意味著電流相對(duì)于電壓存在一定的滯后性，滯后形成的角度定義為α。基于以上分析，在電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)變配電設(shè)備進(jìn)行選擇的過(guò)程當(dāng)中，需要重點(diǎn)考量的因素為受到有功功率以及無(wú)功功率共同影響的視在功率。視在功率的取值為：

S（視在功率）=（P（有功功率）2+Q（無(wú)功功率）2）2；

其中，對(duì)于無(wú)功功率的取值就應(yīng)當(dāng)為：

Q（無(wú)功功率）=（S（視在功率）2-P（有功功率）2）1/2；

同時(shí)，對(duì)于有功功率相對(duì)于視在功率比值對(duì)應(yīng)的功率因素而言，定義其以cosα的方式表述，則其取值應(yīng)當(dāng)為：

cosα（功率因數(shù)）=P（有功功率）/S（視在功率）；

由此可知：在存在無(wú)功功率的情況下，整個(gè)電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的電網(wǎng)負(fù)荷被明顯的加重，由此使得電網(wǎng)運(yùn)行損耗明顯增大，需要通過(guò)就地補(bǔ)償，就近補(bǔ)償?shù)姆绞郊右越鉀Q。

2.風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)例分析

本文所研究的大規(guī)模風(fēng)電基地共涉及到12個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，總?cè)萘繛?500MW，各風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)線路所對(duì)應(yīng)的電壓等級(jí)均表現(xiàn)為220kV，最長(zhǎng)送電線路距離為190km，最短送電線路距離為20km，送電線路總長(zhǎng)度為606km。并網(wǎng)接入點(diǎn)為A電網(wǎng)送電通道上所接入的500kV變電站下屬220kV母線線路。整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)接入系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

結(jié)合圖1不難看出，所涉及到的風(fēng)電場(chǎng)電力均是以15條220kV電壓等級(jí)的線路傳遞至并網(wǎng)點(diǎn)變電站所對(duì)應(yīng)的220kV電壓等級(jí)母線線路當(dāng)中。以上線路在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的充電功率共計(jì)125Mvar單位，同時(shí)會(huì)使得局部電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓水平呈現(xiàn)出比較明顯的升高趨勢(shì)。在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)零出力的狀態(tài)下，各條輸電線路所對(duì)應(yīng)形成的充電功率均需要傳遞至500kV電壓等級(jí)變電站運(yùn)行系統(tǒng)當(dāng)中，因此要求風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)增設(shè)感性無(wú)功裝置的方式，對(duì)其功率進(jìn)行合理的補(bǔ)償。值得注意的一點(diǎn)是：據(jù)近幾年以來(lái)的統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)顯示：本地區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年均發(fā)電運(yùn)行時(shí)間在2200h以內(nèi)，滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行的機(jī)率較低，實(shí)際出力多在額定出力的40%～50%范圍之內(nèi)。從這一角度上來(lái)說(shuō)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)下的線路絕大部分時(shí)間多是以輕載狀態(tài)運(yùn)行。且所對(duì)應(yīng)的輸送功率≤自然功率。由此會(huì)導(dǎo)致各個(gè)點(diǎn)位的電壓數(shù)值升高。在通過(guò)感性無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)220kV線路充電功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，要求重點(diǎn)關(guān)注對(duì)以下幾個(gè)方面問(wèn)題的研究：

1）在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組零出力，且不采取任何無(wú)功補(bǔ)償措施的狀態(tài)臺(tái)下，并網(wǎng)點(diǎn)AX站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的220kV電壓等級(jí)母線線路電壓水平上升8.0kV，G發(fā)電廠電壓上升17.8kV。同時(shí)，AC站點(diǎn)面向AA站點(diǎn)所傳輸?shù)某潆姽β蕟挝粸?0Mvar，AB站點(diǎn)面向AA站點(diǎn)所傳輸?shù)某潆姽β蕟挝粸?1Mvar，AA站點(diǎn)面向并網(wǎng)點(diǎn)AX所傳輸?shù)某潆姽β蕟挝粸?04Mvar。以上條件下，500kV系統(tǒng)所輸入的充電無(wú)功功率共計(jì)115Mvar。而在投入105Mvar無(wú)功補(bǔ)償裝置的情況下，并網(wǎng)點(diǎn)的電壓水平下降，G場(chǎng)電壓同樣下降，面向500kV系統(tǒng)所輸入的充電無(wú)功功率僅為0.1Mvar單位，基本可以視作無(wú)無(wú)功功率交換。

2）在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組有功出力，且以50%為標(biāo)準(zhǔn)的情況下，要求面向整個(gè)并網(wǎng)機(jī)組通入79Mvar單位的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置，以確保各個(gè)電網(wǎng)的電壓水平能夠維持在有效范圍之內(nèi)，降低其與系統(tǒng)之間的無(wú)功功率交換。在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組有功出力比值不斷提高的情況下，要求通過(guò)投入容性無(wú)功補(bǔ)償裝置，增加其投入數(shù)量的方式，達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。特別是對(duì)于圖1中的AB→AA站點(diǎn)，AA→并網(wǎng)線路而言，由于其傳輸距離較長(zhǎng)，導(dǎo)致無(wú)功損耗可能會(huì)受到輸送潮流比重的影響而有所增加，因此需要投入大量的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置。

3.結(jié)束語(yǔ)

在異步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，為了實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁，要求以電網(wǎng)為對(duì)象，吸收存在滯后屬性的無(wú)功電流，達(dá)到激發(fā)勵(lì)磁作業(yè)的目的。而在吸收滯后勵(lì)磁的反應(yīng)過(guò)程當(dāng)中，整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的功率因素不可避免會(huì)有所降低。從這一角度上來(lái)說(shuō)，為了能夠在確保整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的前提條件下，最大限度的避免線路運(yùn)行損耗持續(xù)擴(kuò)大，就要求在風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)環(huán)境狀態(tài)下，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠的無(wú)功補(bǔ)償，而無(wú)功補(bǔ)償最主要的實(shí)施措施就在于：并聯(lián)電容。本文主要圍繞風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)理論與實(shí)踐問(wèn)題展開(kāi)了綜合性的研究與分析，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)實(shí)踐工作的開(kāi)展提供一定的參考與建議。

參考文獻(xiàn)

[1]陳樹(shù)勇，申洪，張洋，等.基于遺傳算法的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償及控制方法的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005（8）.

[2]羅安，付青，王麗娜，等.變電站諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償?shù)拇蠊β驶旌闲碗娏V波器[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004 （9）.

[3]熊虎崗，程浩忠，張節(jié)譚，鐘明明.提高系統(tǒng)無(wú)功備用容量的多目標(biāo)無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃[J].高電壓技術(shù)，2008（2）.

[4]王成福，梁軍，張利，等.考慮風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償容量?jī)?yōu)化決策[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（14）.

[5]湯涌，侯俊賢，劉文焯.電力系統(tǒng)數(shù)字仿真負(fù)荷模型中配電網(wǎng)絡(luò)及無(wú)功補(bǔ)償與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的模擬[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005（3）.