探究含风电场电网的无功电压运行规划

张洪源+吴兴全

摘 要：虽然风电场并网运行技术比较成熟，但仍然存在着一些问题，本文简单介绍风电场对电网电压造成的影响，优化规划含风电场电网的无功功率，开发控制含风电场电网的电压，分析电压越限概率指标和其应用。

关键词：风电场；无功电压；规划

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.1841 前言

最近几年，以煤炭和石油为代表的化石能源逐渐枯竭，另外化石能源在生产过程中产生的污染性气体，严重影响了人类赖以生存的生态环境，为解决这一问题，就要采取环保能源代替化石能源，目前，以风能和太阳能为代表的新能源逐渐应用到生产中，风电是这几种新能源中技术比较成熟的具有商业价值的发电形式，在风电运行中可能会对电网的电压造成一定的影响，造成电能质量不高、电压不稳和供电可靠性低等问题，本文结合该问题探讨风电场对电网电压的影响，优化规划风电场电网的无功功率，补偿无功功率，分析电压越限指标和他的应用。

2 风电场对电网电压的影响

总所周知，风是不可预测的，不同地区和不同海拔高度，风速存在着很大差异，即使同一地点，不同时间风速也存在很大差异，并且与风电并网运行的配套设施不完善也是阻碍风电发展的一大难题。风电是一种间歇性和变化性较强的一种发电形式，由于发电功率的不确切性，难以准确计算风电场的功率，影响电网系统的电压幅值偏移，由于风电的间歇性和随机性，随着电网功率的变化电压也将随之波动。

电网电压的幅值主要取决于电压降落的纵分量，当增加有功功率和无功功率时，均会导致电压的升高，当有功功率和无功功率满足有功点负荷继续向系统送功时，此时有功电压将大于系统的电压，所以对变电站节点电压的影响主要是由风电场送入变电站的功率大小决定。

在单风电场接入情况下，将风电场的装机容量由0增加到150MW时，记录各节点的电压，分析风电场容量和电压的关系可知，当风电场的装机容量增加时，风电线路中的各支点电压的最大值升高，最小值降低，距离风电场节点越近，电压的最大值越大，反之最小值越小。电压由于电损的增加，电压最大值曲线上升的趋势越来越缓，反之电压最小值曲线下降的趋势越来越陡，说明风电场应当注意进相的程度，防止电压崩溃。

在多风电场接入情况下，随着风电场容量的增加，风电支路各节点上的电压标准差越大，即越靠近风电场的节点，电压波动的情况越严重，所以风电支路节点的电压波动往往大于中枢点的电压波动。多个风电场接入要高于单风电场接入的电压波动，主要是由于其他风电场造成的，在小于50MW容量时影响不大。不同片区对风电场接入的多少无影响，其电压波动不大。

3 含风电场电网的无功优化规划

对含风电场电网的无功规划主要从输电的有功损耗、无功装置的安装费用和电压质量三个方面决定，由于动态无功补偿装置设备的造价比较高、运行可靠性低，所以含风电场电网的无功规划主要考虑电容器和电抗器，设置无功补偿装置主要是根据电网负荷值决定，在电网负荷最大值时采用电容器补偿容量，在电网负荷最小值时取电抗器补偿。含风电场电网在进行无功优化时，有功主要是由风速和控制系统调节，无功是控制系统根据风电场的运行方式进行调节，所以在电网负荷最大值时，应使电压下降到最大风电场的有功功率和无功功率，反之使电压上升至最大风电场的有功功率和无功功率。我国国标要求风电场尽量运用自身的无功调节能力，必要情况下采取无功补偿装置。总结以上分析，优化含风电场电网的无功步骤为：（1）核实变电站的间隔数量，确定变电站的电容器和电抗器数量，并确定单机组的容量。（2）通过对电网负荷的预测以及风电场的极端功率方式，最终确定电网的极端运行方式，其中包括电压的最低和最高两种运行方式。最高运行方式主要运用到感性无功补偿装置，最低运行方式主要运用到容性补偿装置。（3）结合变电站，规划线路，搭建年电压最轻和最重的电网网架。（4）根据两种网架的线路，确定无功规划计算，最终确定感性和容性无功补偿装置的方案。

4 电压越限概率指标及其应用

电压越限概率指标是反映节点的电压在风电的作用下发生越限的概率，通过对节点进行优化计算，最后使电压越限概率指标达到最低。风电场一般处于偏僻地区，往往远离负荷中心，通常是采取放射式接线进入电网，由于受到传输线路的限制，110KV以上的风电场的容量一般不能超过50MW，这样运行的功率因素比较高，使风电场范围内的功率变化比较小，这样使风电场的功率与节点电压的增长呈近似规律。当进行无功优化后，节点的电压位于区间之间，不管风电场的功率大小，状态怎样变化，在无功补偿的一个周期内，节点电压是不会发生越限的，即越限的概率为0。当风电场的容量较大时，斜线区域一般不存在，即使存在，因为无功调节的资源有限，电压也不一定能调节到斜线区域内，可能会落在灰色区域，此时的节点电压会因风电场的影响受到一定概率的越限。

以2011年国内某风电网为例，该电网包含运行风电场X和Y，装机容量均为49.5MW，分别采取传统的无功优化和改进的无功优化，根据计算风机的参数，对风电场进行采样，采取Matlab仿真工具进行概率分布分析，应用最小二乘法进行拟合，得出理论参数。两种补偿形式都可以很好的控制当前时刻的电压，但传统的无功补偿不能随风电的变化进行变化，所以要适应风电的波动特性，只控制当前潮流的电压是不够的，通过优化无功补偿后的一段时间内只存在较高的节点，可以更好的适应风电功率的变化，另外无功优化后一定程度上可以达到降损的效果。

5 结语

本文主要分析了在单风电场接入和多风电场接入时对电网电压造成的影响，根据电网的极端运行方式，确定无功补偿装置的类型，根据网架确定规划无功计算，确定最终无功补偿方案。简单介绍了电压越限概率指标和其应用。

参考文献：

[1]温步瀛，江岳文，陈冲.风电场并网运行的无功补偿优化问题[J]. 电力自动化设备，2008，28（05）：42-46.

[2]李钦豪，张勇军，王孟邻.风电并网对以正序电压极化的阻抗元件的影响[J].电力系统保护与控制，2012，40（23）：54-57.

[3]董雷，程卫东，杨以涵.含风电场的电力系统概率潮流计算[J]. 电网技术，2009，33（16）：87-91.