云南山地風(fēng)電場(chǎng)電壓不均衡特性研究

劉鳳馨,王興剛

(1.云南省電力設(shè)計(jì)院,昆明 650051；2.云南電網(wǎng)公司,昆明 650011)

云南山地風(fēng)電場(chǎng)電壓不均衡特性研究

劉鳳馨1,王興剛2

(1.云南省電力設(shè)計(jì)院,昆明 650051；2.云南電網(wǎng)公司,昆明 650011)

介紹云南省風(fēng)電場(chǎng)多位于山區(qū),風(fēng)機(jī)分布不規(guī)則,沿山勢(shì)走向呈長(zhǎng)條狀分布,集電線路長(zhǎng)且各臺(tái)風(fēng)機(jī)出力不均勻,容易導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部出現(xiàn)電壓越限的情況。根據(jù)云南山地風(fēng)電場(chǎng)的特征建立了典型模型,研究山地風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電壓不均衡情況,并且驗(yàn)證了在大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真計(jì)算中采用的風(fēng)電場(chǎng)一般等值模型的適用性。

山地風(fēng)電場(chǎng)；集電線路；電壓不均衡；等值模型

0 前言

2014年初全省風(fēng)電裝機(jī)已達(dá)到 219萬(wàn)千瓦[1]。由于風(fēng)電出力的波動(dòng)性,風(fēng)電場(chǎng)的母線電壓經(jīng)常大幅波動(dòng),加之地區(qū)調(diào)壓能力不足、缺乏足夠的電壓支撐點(diǎn),系統(tǒng)電壓調(diào)整面臨挑戰(zhàn)[2]。

云南省風(fēng)電場(chǎng)多位于山區(qū)[3-5],風(fēng)機(jī)分布不規(guī)則,沿山勢(shì)走向呈長(zhǎng)條狀分布,集電線路長(zhǎng),而且各臺(tái)風(fēng)機(jī)出力不均勻,有可能導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部出現(xiàn)電壓越限的情況,需要重點(diǎn)關(guān)注。此外,對(duì)于山地風(fēng)電場(chǎng),能否在大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真計(jì)算中采用傳統(tǒng)的一般等值模型,也是需要關(guān)注的問題。

根據(jù)云南山地風(fēng)電場(chǎng)的特征建立典型模型,研究山地風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電壓不均衡情況,并且驗(yàn)證了在大規(guī)模電力系統(tǒng)分析中采用的風(fēng)電場(chǎng)一般等值模型的適用性。

1 典型山地風(fēng)電場(chǎng)模型

以雙饋風(fēng)電場(chǎng)為例,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 典型山地風(fēng)電場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

表1 變壓器參數(shù)

該風(fēng)電場(chǎng)有兩條饋線,風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)分別為16臺(tái)、17臺(tái),變壓器參數(shù)見表1,架空線路參數(shù)見表2,電網(wǎng)等值阻抗。

表2 架空線參數(shù)

2 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電壓不均衡的影響

風(fēng)電機(jī)組間的集電線路長(zhǎng)度分別取1～5 km,風(fēng)電出力0.8時(shí),N3母線提供無功補(bǔ)償使風(fēng)電場(chǎng)出線端N4點(diǎn)電壓基本維持在1.0 p.u,集中補(bǔ)償?shù)拇笮∪绫?所示。

表3 不同集電線路長(zhǎng)度時(shí)的無功補(bǔ)償容量

通過仿真計(jì)算,可以得到不同集電線路長(zhǎng)度情況下,風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的電壓分布如圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn),隨著集電線路長(zhǎng)度的增加,風(fēng)電場(chǎng)首末端風(fēng)機(jī)的電壓差逐漸增大,在本文算例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)下,風(fēng)電機(jī)組之間的集電線路長(zhǎng)度超過3 km、最長(zhǎng)饋線超過50 km后,末端風(fēng)機(jī)就面臨機(jī)端電壓過高的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 不同集電線路長(zhǎng)度時(shí)一條饋線各臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓分布

3 風(fēng)電場(chǎng)采用一般等值模型適用性

目前大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真計(jì)算中,廣泛采用的風(fēng)電場(chǎng)一般等值方法如下。

將風(fēng)電場(chǎng)的每個(gè)機(jī)群等值為一臺(tái)風(fēng)機(jī),得到如圖3所示等值模型：

圖3 風(fēng)電場(chǎng)按機(jī)群等值模型

其中等值參數(shù)的確定如下：

1)等值風(fēng)機(jī)的容量根據(jù)各臺(tái)風(fēng)力機(jī)的實(shí)際功率累加或近似為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量的n倍。

2)風(fēng)力機(jī)變壓器等效阻抗ZT-eq表示為單臺(tái)變壓器的阻抗 ZT-WTG被風(fēng)力機(jī)變壓器臺(tái)數(shù) nT除,即：

3)集電線路等值阻抗為：

4)等值并聯(lián)電納為網(wǎng)絡(luò)中所有并聯(lián)電納的和：

可以對(duì)上述等值模型繼續(xù)等值,得到更為簡(jiǎn)化的等值模型,用一臺(tái)風(fēng)機(jī)等效整個(gè)風(fēng)場(chǎng),如圖4所示,其中等值阻抗為兩條支路的并聯(lián)。

圖4 風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)等值模型

按照上述兩種等值方法對(duì)算例風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行等值,取風(fēng)機(jī)間集電線路為5 km,此時(shí)風(fēng)電場(chǎng)首末端風(fēng)機(jī)間有較大電壓差,仿真分析詳細(xì)模型和兩種等值模型,可以得到表4。

通過仿真可以發(fā)現(xiàn),單機(jī)等值模型和按機(jī)群多機(jī)等值模型的精度相差不大,與詳細(xì)模型相比,風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部潮流結(jié)果有一定誤差,但從系統(tǒng)角度看,等值模型的穩(wěn)態(tài)誤差還是可以接受的,說明傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)等值模型仍舊適用于云南山地風(fēng)電場(chǎng)的特殊情況。

表4 山地風(fēng)場(chǎng)詳細(xì)模型和兩種等值模型精度對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

1)山地風(fēng)電場(chǎng)的首末端風(fēng)機(jī)的電壓差隨著集電線路增長(zhǎng)而增大。在典型參數(shù)下,風(fēng)機(jī)間集電線路長(zhǎng)度超過3 km、最長(zhǎng)饋線超過50 km后,末端風(fēng)機(jī)就面臨機(jī)端電壓過高風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)調(diào)查,目前云南省已投產(chǎn)風(fēng)電場(chǎng)最長(zhǎng)的集電線路均低于30 km,場(chǎng)內(nèi)電壓分布偏差仍在可以接受的范圍內(nèi)。

2)山地風(fēng)電場(chǎng)的等值模型與詳細(xì)模型相比,風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部潮流結(jié)果有一定誤差,其中末端風(fēng)機(jī)誤差最大,但從風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)、35 kV匯集母線來看,等值模型的穩(wěn)態(tài)誤差還是可以接受的。因此,在進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)集中無功補(bǔ)償裝置計(jì)算時(shí),傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)等值模型仍舊適用,但需要關(guān)注末端風(fēng)機(jī)的電壓波動(dòng)。

[1] 王興剛.云南 “十二五”新能源規(guī)劃研究 [J].云南電力技術(shù),2013,41(2)：1-3.

[2] 陳姝敏,肖友強(qiáng).風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定影響分析 [J] .云南電力技術(shù),2012,40(6)：52-54.

[3] 風(fēng)電場(chǎng)電壓無功控制技術(shù)研究 [R].云南電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,2013,12.

[4] 吳政聲.基于系統(tǒng)調(diào)峰的云南電網(wǎng)風(fēng)電接納研究 [J].云南電力技術(shù),2013,41(3)：15-16.

[5] 趙盛萍,趙明,梁俊宇,等.基于云南高山地形的風(fēng)電AGC策略 [J].云南電力技術(shù),2013,41(4)：10-12.

Research on Characteristics of Voltage Unbalanced in Yunnan Mountain Wind Farm

LIU Fengxin1,WANG Xinggang2
(1.Yunnan Electric Power Design Institute,Kunming 650051,China；2.Yunnan Power Grid Corporation,Kunming 650011,China)

Wind farm in Yunnan province is located in the mountains,the wind machine irregular distribution,to form a long strip shape distribution along the mountains.Wind farm collecting circuit is long and every wind generator output is not uniform,easy to cause the wind farm voltage exceed the limit.This paper established the typical model according to the characteristics of Yunnan mountain wind farm,studied the mountain wind farm voltage imbalance,and validated the applicability of wind farm equivalent model used in the ordinary in large-scale power system simulation.

mountain wind farm,collecting circuit,voltage unbalance,equivalent mode

TM73

B

1006-7345(2015)01-0137-03

2014-07-22

劉鳳馨 (1979),女,工程師,云南電力設(shè)計(jì)院,從事變電設(shè)計(jì)、配網(wǎng)規(guī)劃研究工作 (e-mail)fengxinliu＠126.com。

王興剛 (1979),男,博士,高工,云南電網(wǎng)公司,從事電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性分析、新能源并網(wǎng)研究工作 (email)wxg_sunny＠126.com。