海上風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析

鐘才惠

摘? 要：該文介紹了某個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)規(guī)模和基本情況，采用電網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)、電網(wǎng)元件實(shí)際參數(shù)、參考近區(qū)電源實(shí)際出力和風(fēng)電廠家提供的風(fēng)電場(chǎng)資料，通過建模仿真搭建諧波源和閃變?cè)茨Ｐ?，根?jù)風(fēng)電場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行、切入風(fēng)速運(yùn)行和額定風(fēng)速啟動(dòng)時(shí)不同工況下，分析海上風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量影響，判斷諧波、閃變和電壓波動(dòng)值是否滿足國(guó)標(biāo)限值。

關(guān)鍵詞： 海上風(fēng)電? 電力仿真? 電能質(zhì)量? 諧波? 閃變? 電壓波動(dòng)

中圖分類號(hào)： TM614? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper introduces the construction scale and basic situation of an offshore wind farm. Using the actual load data of the power grid， the actual parameters of power grid components， referring to the actual output of near area power supply and the wind farm data provided by wind power manufacturers， harmonic source and flicker source models are built through modeling and simulation. According to the different working conditions of continuous operation， cut in wind speed operation and rated wind speed startup of the wind farm， Analyze the impact of offshore wind power access on power quality of power grid， and judge whether harmonic， flicker and voltage fluctuation meet the national standard limits.

Key Words： Offshore wind power; Power simulation; Power quality; Harmonics; Flicker; Voltage fluctuation

能源是人類社會(huì)發(fā)展的重要要素，在降低溫室氣體二氧化碳排放已經(jīng)成為全球共識(shí)的情況下，作為清潔能源的風(fēng)能是各國(guó)開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域之一[1]。海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在歐洲已發(fā)展了近30年，目前已成為歐洲最主要的可再生能源發(fā)電形式之一 [2]。我國(guó)政府已承諾力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和[3]。廣東省強(qiáng)調(diào)要積極發(fā)展海上風(fēng)電，同時(shí)需要加快速度建設(shè)開發(fā)近海風(fēng)電場(chǎng)，此舉對(duì)支撐當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)穩(wěn)定快步發(fā)展起到十分重要的意義。

1研究對(duì)象基本情況

以廣東省某個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目作為海上風(fēng)電研究對(duì)象，該風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃裝機(jī)容量為500 MW，年上網(wǎng)電量為1 538 GWh，年等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)為3 056 h，計(jì)劃于2021年底投產(chǎn)完畢。該風(fēng)電場(chǎng)主要由風(fēng)機(jī)、海上升壓站、陸上升壓站、送出海纜和集電海纜等部分組成，升壓到500 kV后接入電網(wǎng)。

2研究方法簡(jiǎn)述

近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步，但仍存在許多問題有待進(jìn)一步研究和探討[4]。風(fēng)能存在的間歇性和不確定性等問題，也使得高滲透率的入網(wǎng)風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊越來(lái)越大[5]。由于DIgSILENT/PowerFactory軟件具備非常優(yōu)秀的功能與特性，因此使用DIgSILENT/PowerFactory軟件研究發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)測(cè)試問題擁有一定的優(yōu)勢(shì)[6]。該項(xiàng)目提取南網(wǎng)BPA數(shù)據(jù)庫(kù)中元件參數(shù)，收集風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目近區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷和電源出力數(shù)據(jù)，在DIgSILENT PowerFactory中研究搭建電網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)，并調(diào)整好電網(wǎng)運(yùn)行方式，風(fēng)電場(chǎng)模型以委托方提供的風(fēng)電場(chǎng)資料為依據(jù)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的諧波源和閃變?cè)唇?，根?jù)風(fēng)電場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行、切入風(fēng)速運(yùn)行和額定風(fēng)速啟動(dòng)時(shí)不同工況下，分析計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)注入電網(wǎng)PCC節(jié)點(diǎn)閃變、電壓波動(dòng)值、諧波電壓和諧波電流，并判斷是否滿足國(guó)標(biāo)限值。

3研究?jī)?nèi)容

通過國(guó)標(biāo)要求和換算，該風(fēng)電場(chǎng)的電壓波動(dòng)限值按1.5%，閃變限值為0.8[7]。奇次電壓限值為1.6%，偶次諧波電壓限值為0.8%，電壓總諧波畸變率限值為2.0%，諧波電流限值見表1[8]。

通過仿真計(jì)算，連續(xù)運(yùn)行情況下陸上升壓變500 kV側(cè)產(chǎn)生的閃變值為PstΣ=PltΣ=0.00523，傳遞到PCC的閃變值為PstΣ=PltΣ=0.00358;切入風(fēng)速啟動(dòng)時(shí)，陸上升壓變500 kV側(cè)產(chǎn)生的長(zhǎng)時(shí)間閃變值為PltΣ=0.00742，短時(shí)間閃變值為PstΣ=0.00773;傳遞到PCC產(chǎn)生的長(zhǎng)時(shí)間閃變值為PltΣ=0.00508，短時(shí)間閃變值為PstΣ=0.00529;額定風(fēng)速啟動(dòng)時(shí)，陸上升壓變500 kV側(cè)產(chǎn)生的長(zhǎng)時(shí)間閃變值為PltΣ=0.00364，短時(shí)間閃變值為PstΣ=0.00379;傳遞到PCC產(chǎn)生的長(zhǎng)時(shí)間閃變值為PltΣ=0.00249，短時(shí)間閃變值為PstΣ=0.00259，對(duì)比國(guó)標(biāo)關(guān)于閃變限值的規(guī)定可知，該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組處于不同工況運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的閃變值是可以接受的。

根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果可知，在切入風(fēng)速時(shí)啟動(dòng)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)引起PCC節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)值為0.005%;在額定風(fēng)速時(shí)啟動(dòng)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)引起PCC節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)值為0.023%，滿足標(biāo)準(zhǔn)電壓波動(dòng)小于1.5%的要求。

通過對(duì)比表2和表3中的最大諧波電流和經(jīng)過換算的諧波電流允許值可以看出，風(fēng)電注入PCC節(jié)點(diǎn)處可能產(chǎn)生的各次諧波電流最大值均遠(yuǎn)小于對(duì)應(yīng)的諧波電流限值。圖1給出了風(fēng)電產(chǎn)生的諧波電流注入后，PCC節(jié)點(diǎn)的電壓波形以及各次諧波電壓含有率。同時(shí)，仿真計(jì)算表明，PCC節(jié)點(diǎn)的諧波電壓總畸變率為0.168%。PCC節(jié)點(diǎn)諧波電壓含有率較大值的諧波次數(shù)為2、4和7次，諧波電壓畸變率分別為0.047%、0.11%和0.075%，PCC節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率和電壓總畸變率均未超出國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍。

3結(jié)論和建議

該項(xiàng)目的建設(shè)能有助于開發(fā)廣東海上風(fēng)能資源，提高地區(qū)能源供應(yīng)能力，有利于緩解電力工業(yè)的環(huán)保壓力，助力地區(qū)經(jīng)濟(jì)的低碳持續(xù)發(fā)展，社會(huì)效益顯著。不論何種類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電流的真正來(lái)源是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的電力電子變流環(huán)節(jié)。根據(jù)委托方提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組諧波電流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過搭建電網(wǎng)模型并仿真計(jì)算不同運(yùn)行工況下，該風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行引起的閃變和電壓變動(dòng)均在國(guó)標(biāo)允許限值內(nèi)。該風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過程中PCC節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的各次諧波電流注入均在國(guó)標(biāo)的允許范圍內(nèi)。

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