应对风电场接网无功电压问题的措施

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：风电场接入电网引起的无功电压运行问题主要包括两个方面：一是降低损耗；二是保证电能质量，即保证随风电出力变化母线电压波动在合理范围内。若网架结构和规划电源都已确定，则为了适应风电出力波动对电压的影响，还需在风电场配置动态无功补偿并跟踪风电出力的变化进行无功调控，同时，辅以主网无功控制手段的协同动作，进而将风电出力变化对电压波动的影响降至最低。

风电出力波动影响流过元件的功率大小和方向，进而影响系统的功率损耗和电压。当风电容量较小时，可优先采取低电压等级接入当地的负荷中心进行就地消纳。但是随着风电容量进一步增加，风电在满足当地负荷的同时，大部分电力需要上送至更高电压等级电网，定位已经由原来的供电变为送电，在这种情况下应减少大容量风电输送过程功率穿越造成的有功、无功损耗，优化无功分布，提升母线电压质量、降低线路损耗。

风电场接入电网引起的无功电压运行问题主要包括两个方面：一是降低损耗；二是保证电能质量，即保证随风电出力变化母线电压波动在合理范围内。因为现阶段我国风电场风电出力大多处于不可控状态，风电出力更多是根据风资源的变化而变化，即在满足电网安全前提下，对于风电采用“有多少发多少”的原则，所以从有功功率角度来降低损耗、保证电能质量，没有更多的发挥余地。因此，下面主要从无功功率控制角度研究降低损耗和电压控制策略。

1.降低损耗的措施

如图6-5所示，功率为P₁+jQ₁的电能通过阻抗为R+jX的电力系统元件时，元件的功率损耗ΔP+jΔQ为

式中，ΔP为有功损耗，；ΔQ为无功损耗，；U₁是元件两端电压幅值。

由以上分析和式（6-12）可知，可采用以下措施降低损耗：①提高母线电压幅值U₁；②减小元件的无功功率穿越；③降低元件的阻抗R+jX。

对于提高电压以及减小无功功率穿越而言，分为控制和规划两个层面。对于控制层面，即充分利用现有的调控手段，如低压无功补偿设备、变压器分接头等，提出控制策略，将电压和流经元件的无功功率进行优化控制；对于规划层面，当现有的调控手段不足以达到对电压和流经元件的无功进行优化实现降低损耗目的时，需要进一步加装控制手段，如增加低压无功补偿设备等。对于减小元件阻抗、降低元件损耗而言，更多是规划层面的措施，可统称为改变网架结构来降低损耗，包括：①更换导线型号，增大导线截面积；②原来的单回线路更改为多回并联，减小电气距离，相当于减小线路长度；③对于为负荷提供电力的受端区域电网而言，随着区域内负荷的增加可增设电压等级较高的变电站，从高压等级变电站引出供电线路，进而缩短供电的等效距离。因此，可采用控制及规划层面的多种综合措施来降低元件损耗。

2.保证电能质量的措施

电力元件两端母线电压幅值大小分别为U₁、U₂，如图6-5所示，元件两端的电压损耗ΔU如式（6-11）所示。由式（6-11）可以看出，当元件通过随机波动的风电功率时，将引起元件两端电压损耗的波动，进一步给电网电压带来波动变化，甚至导致电压越限。降低每个元件的电压损耗，即可提升电压质量，抑制电压过高或过低。一般从宏观上来说，可通过强化网架结构和增加电源支撑、增大待研究区域电网的短路容量来降低电压波动。若网架结构和规划电源都已确定，则为了适应风电出力波动对电压的影响，还需在风电场配置动态无功补偿（SVC或SVG）并跟踪风电出力的变化进行无功调控，同时，辅以主网无功控制手段的协同动作，进而将风电出力变化对电压波动的影响降至最低。

应对风电场接网无功电压问题的措施

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