风电汇集站无功控制策略研究

罗宇亮

（国网内蒙古东部电力有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

风电汇集站无功控制策略研究

罗宇亮

（国网内蒙古东部电力有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

根据某风电汇集站系统接入情况，搭建仿真模型分析无功控制策略。汇集站的电容器组和SVG采用电压控制方式联合控制。以风电接入对系统电压影响最小为原则，建议电容器组和SVG的电压控制目标与风电接入前电压一致。建议SVG允许控制死区为±1kV，不宜超过2kV；当汇集站220kV母线电压低于控制目标时优先投入电容器组，直至容性无功补偿全部用完。

风电；汇集站；无功控制策略

东北某地区风资源丰富，域内建有百万风电基地，通过500kV汇集站送出，汇集站500kV部分采用扩大的线路变压器组接线方式，以1回500kV线路接入附近500kV变电站；汇集站每组变压器远期装设5组低压无功设备，本期装设3组60Mvar低压电容器组和1组60M var SVG（静止无功发生器），目前有4座风电场接入汇集站运行。

1 计算条件

汇集站220kV母线电压水平运行区间为225～232kV，500kV母线电压水平运行区间为525～540kV，对侧500kV母线电压水平运行区间为530～535kV。汇集站的无功补偿设备控制对象为220kV母线电压。

2 控制策略研究

根据4座风电场接入情况，搭建仿真分析模型。以4个风电场接入同一台主变运行为例，针对汇集站220kV母线电压水平分别为225kV和232kV两种情况进行仿真分析汇集站无功控制策略，并校核两台主变并列运行的情况。

2.1 汇集站单台主变运行

（1）220kV母线初始电压水平为225kV。4座风电场接入同一台主变运行。以风电接入后不影响系统电压为目标，确定汇集站220kV母线控制目标为225kV，各风电场220kV母线控制目标为225kV。为储备更多的动态无功容量，汇集站应优先投切电容器，从而达到预留SVG无功容量的目的，因此，首先分析SVG不动作，电容器投切的情况，当汇集站220kV母线电压低于225kV时投入电容器。随着风电出力增加，系统主要节点电压和汇集站无功情况如图1所示。

从图1看出，各母线电压水平均在合内，但此时汇集站发出无功，风电场吸收无功，不利于系统电压稳定和无功补偿；此外，汇集站500kV母线电压低于风电接入前水平。因此，应适当提高风电场220kV母线电压控制电压为227kV，汇集站220kV母线控制目标为225kV。SVG不动作，电容器投切时，随着风电出力增加，系统主要节点电压和汇集站无功情况如图2所示。

从图2可以看出，各母线电压水平均在合理范围内，汇集站500kV母线电压水平在523kV左右。风电场220kV母线电压控制目标值为227kV， 220kV母线控制目标为225kV， SVG投入且电容器投切时，随着风电出力增加，系统主要节点电压和汇集站无功情况如图3所示。

图2 主要节点电压和汇集站无功曲线

图3 主要节点电压和汇集站无功曲线

从图3看出，各母线电压水平均在合理范围内。风电大出力时汇集站220kV母线电压能够控制在目标值，但在风电小出力时，风电场需要发出大量无功功率，并注入汇集站，导致汇集站220kV母线电压高于控制目标225kV，此时汇集站的SVG处于满发吸收无功的工作方式，即风电场大发无功汇集站SVG满发吸收的情况，不利于汇集站和风电场无功电压控制，造成不必要的电压调节和无功输出。因此考虑风电场采用分段控制方式，即不同的出力水平下采用不同的控制目标。保证系统主要节点和风电场主要母线电压均能处在合理范围内，同时能够在一定程度上释放汇集站SVG容量，增加动态无功备用。风电场和汇集站无功交换量明显下降。从前面的仿真分析可以看出，在风电出力低于装机容量的45%时，风电场220kV母线电压控制在225kV，风电场与汇集站无功交换较小，且汇集站220kV母线电压能够控制在225kV；在风电出力高于装机容量的45%时，风电场220kV母线电压控制在227kV，风电场与汇集站无功交换较小，且汇集站220kV母线电压能够控制在225kV；在风电满发时，风电场机端母线电压最高达到了0.75kV，因此，风电场220kV母线电压控制目标值不宜过高。

（2）汇集站220kV母线初始电压水平为232kV。考虑汇集站和风电场内无功补偿后，风电场220kV母线电压控制目标值为232kV，汇集站220kV母线控制目标为232kV，SVG投入且电容器投切时，随着风电出力增加，系统主要节点电压和汇集站无功情况见图4。

图4 主要节点电压和汇集站无功曲线

从图4可以看出，汇集站220kV母线初始电压为232kV左右，但在风电大出力时，需要汇集站向风电场注入大量无功功率。因此考虑风电场采用分段控制方式，即不同的出力水平下采用不同的控制目标。但是在风电满发时，风电场机端母线电压最高达到了0.768kV，超出了风电机组机端母线电压正常运行范围。因此，当系统电压水平较高时，风电场220kV母线电压控制目标值不宜过高，风电场220kV母线电压不宜采用分段控制。当汇集站220kV母线电压初始水平为232kV时，风电场220kV母线电压控制目标值宜与汇集站220kV母线电压控制水平一致。

2.2 汇集站两台主变并列运行

4座风电场接入汇集站风电汇集站，汇集站两台主变并列运行。根据仿真结果，当汇集站220kV母线初始电压水平为225kV，采用分段控制时，系统主要节点和风电场主要母线电压均能处在合理范围内，同时，能够在一定程度上释放汇集站SVG容量，增加动态无功备用。风电场和汇集站无功交换量明显下降，但是存在无功补偿装置控制目标调节频繁的问题。系统主要母线电压、风电场母线电压、风电场汇集站无功交换均与单台变压器运行类似；当汇集站220kV母线初始电压水平为232kV时，系统主要母线电压、风电场母线电压、风电场汇集站无功交换均与单台变压器运行类似。

2.3 无功补偿控制策略

（1）汇集站的电容器组与SVG的控制策略。汇集站的电容器组和SVG采用联合控制，控制点为汇集站220kV母线，采用电压控制方式。建议SVG允许控制死区为±1kV，不宜超过2kV；当汇集站220kV母线电压低于控制目标需要补偿容性无功时优先投入电容器组，直至容性无功补偿全部用完。以风电接入对系统电压影响最小为原则，建议电容器组和SVG的电压控制目标与风电接入前电压一致。

（2）风电场动态无功补偿装置的控制策略。建议4座风电场的动态无功补偿装置控制点为各自风电场并网点220kV母线电压，允许控制死区±1kV，不宜超过2kV。风电场动态无功补偿装置控制策略可以采用目标值不变的控制策略与目标值随着风电出力水平变化2种控制策略。

①风电接入前汇集站220kV母线电压低于229kV。方案一：风电场的动态无功补偿装置控制点为并网点220kV母线电压，控制目标与汇集站变电站的电容器组与SVG的控制目标一致。方案二：建议风电场的动态无功补偿装置控制点为并网点220kV母线电压，风电出力水平较低时，风电场无功补偿装置的控制目标与汇集站变电站的电容器组与SVG的控制目标一致，风电出力水平较大时，风电场无功补偿装置的控制目标宜稍高于与汇集站变电站的电容器组与SVG的控制目标，建议控制目标高2kV。从而避免出现汇集站发出无功功率，风电场无功补偿装置吸收无功功率的情况。

方案一控制方式简单，但是风电低出力时，无功电压控制效果欠佳。方案二控制效果较好，但是需要根据风电出力情况频繁调节风电场无功补偿装置控制目标。

②风电接入前汇集站220kV母线电压等于及高于229kV。风电场的动态无功补偿装置控制点为各自风电场并网点220kV母线电压，建议控制目标与汇集站变电站的电容器组与SVG的控制目标一致。从而避免系统电压水平较高时出现风电机组机端母线电压水平超出正常运行范围的情况。

3 结语

对风电汇集站接入4个风电场后的无功补偿控制策略进行了分析，得出以下主要结论。

（1）汇集站的电容器组与SVG的控制策略。汇集站的电容器组和SVG采用联合控制，控制点为汇集站220kV母线，采用电压控制方式。以风电接入对系统电压影响最小为原则，建议电容器组和SVG的电压控制目标与风电接入前电压一致。

（2）风电场动态无功补偿装置的控制策略。4座风电场的动态无功补偿装置控制点为并网点220kV母线电压，允许控制死区±1kV，不宜超过2kV。风电场动态无功补偿装置控制策略可以采用目标值不变的控制策略与目标值随着风电出力水平变化2种控制策略。

TM614

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：1671-0711（2017）12（下）-0121-03