大规模风电并网地区无功协调控制策略研究

石开明

摘要： 以电网故障扰动为约束，研究大规模风电并网对系统稳定的影响。研究了含风电场的配电网无功优化模型和算法，提出汇集站附近火电机组参与无功协调控制的策略；研究协调火电、风电、SVC/SVG等无功电源设备的相互配合问题。本文选取某风电场汇集站（含火电、风电）的合理算例，验证了该策略和算法的优越性。

Abstract： Taking the grid fault disturbance as a constraint， the influence of large-scale wind power inte-gration on the stability of the system is studied. This paper studies the reactive power optimization model and algorithm of distribution network with wind farm， and puts forward the strategy of thermal power units near the collection station participating in the coordinated control. It studies the coordination of reactive power supply equipment such as thermal power， wind power and SVC / SVG. In this paper， a reasonable example of a wind farm collection station （including thermal power， wind power） is selected to verify the superiority of the strategy and algorithm.

关键词： 大规模；风电场；无功；控制策略

Key words： large scale；wind farm；reactive power；control strategy

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）35-0118-02

0 引言

无功优化在保证电网整体电压质量方面起着至关重要的作用。大规模风电接入给电力系统安全稳定运行带来了新的挑战，尤其是对电力系统小干扰稳定的影响引起了广泛关注。如何充分利用风力发电机和无功补偿设备协调实现整个风电场无功功率调节，如何实现火电和风电之间的无功出力协调，从而抑制或避免系统发生大规模故障，确保整个电网无功功率平衡、电压稳定意义重大。

针对风电场集群无功功率的相关控制策略国内外已经进行了大量的研究。文献[1]在未考虑DFIG 无功输出的情况下，SVC进行无功调节；按照风机出口的无功功率灵敏度确定风机无功输出，从而实现无功优化；文献[2]基于变速恒频电机的等效电路，分析了双馈风电机组的无功功率极限，并对DFIG损耗进行了无功优化控制，但此方法通过恒功率因数进行控制，只考虑单台风机的无功损耗最小，没有考虑整个风电场无功的协调配合，無法实现整体的无功优化。文献[3]构建了含多个风电场的配电网的无功优化模型，风机的无功出力只是简单的单台机组容量相加，导致得到的风电场无功调节精度不高，从而影响风电场集群的无功优化决策。文献[4-5]提出基于多代理系统的电压稳定后紧急控制，该系统基于第三类控制和多代理信息系统的在线协调机制，以应对大规模风电场对并网系统电压稳定性的影响；然而该系统的主要切入角度是在线系统，需要庞大数据库的支持，不仅相关计算过程复杂，而且对通信可靠性和控制实时性要求较高，很难实现目标。

总之，风电场集群的自动电压控制不够完善，未充分考虑多种无功源（风电、火电）控制策略的协调控制。文中主要研究了风电场和升压站无功分配原则。通过对风电场集群电压控制点的偏差计算出风场的无功需求，若DFIG无法满足电网需求，应采取有效措施进行无功优化，这离不开DFIG与SVC协调配合的支持，只有这样才能降低风机损耗，实现无功优化目的。本文针对省调和地调的风电场与常规火电厂、常规变电站的无功电压协调控制方法策略。

1 无功源协调控制总体方案

①使风电场内风电机组自身的无功调节能力充分发挥出来；

②考虑风电场内电容器组、SVC/SVG、变压器分接头等的无功电源的协调配合控制；

③若风电场无功调节能力无法发挥作用，应充分发挥汇集站自身的无功调节能力。

④为减低风电场波动对地区电网电压影响，必要的情况下，应发挥汇集站附近火力发电机组的调节能力。

⑤无功电源协调控制遵循“离散设备优先动作，连续设备精细协调”的原则 。

2 无功补偿分层协调控制建模

2.1 风机数学模型

3 风电场集群站无功协调控制策略仿真

在风电汇集地区电网拓扑结构图如图1，风电集群A采用双馈机组、风电集群B均采用永磁机组，装机容量分别为304 MW，489 MW，每座风电场配置动态无功补偿装置，补偿容量约为装机容量的25%，仿真中风电场均采用1台装机容量相当的风电机组替代，动态无功补偿容量用1台同容量的SVC或SVG替代。

搭建MATLAB仿真模型。考虑设置风电场A的并网点发生近端故障和远端故障，比较周边风电场检测到风电场A电压跌落后，风场内无功源采取不同控制措施时，对风电场并网点电压的支撑效果，从而证明本文所提控制思路的有效性。endprint

当风电集群B的并网点故障时，0.1s后切除故障，分别考虑风电场A场内SVC采取就地控制模式或是远方集群B SVG支持模式，比较风电场A的电压响应情况如图2所示。风电场A并网点电压在故障期间跌落至0.65左右，此时SVG和风机仍有较大的无功裕量。在故障结束后，电压恢复到正常范围，但远方SVG動作时，风场A接受风电场B的SVG增发无功来提升自身并网点电压水平，降低无功出力水平，电压恢复到正常范围。

当加入SVG之后，各电压波形明显变得舒缓，且在运行时间很小的时候基本就与基准值偏差很小。说明SVG发挥了其调节无功作用，保证电压质量，使电压保持在安全稳定的运行范围内，确保系统可靠运行。

4 结论和建议

①在协调SVC/SVG和DFIG的无功出力时，优先调整DFIG的无功功率。

②当地区电网风电场无功电压调节能力不足时，需要充分发挥省调的无功调节能力。

③当地区电网风电场无功电压调节能力不足时，近区火电机组可以提供部分无功。

④由于诸多客观原因的限制，比如风电基地的电网结构薄弱、相关装置技术不高等，在具体工程中应结合实际情况，采取进一步的控制措施。

参考文献：

[1]李晶，方勇，宋家骅等.变速恒频双馈风电机组分段分层控制策略的研究.电网技术（ Power System Technology ），2005，29（9）：15-21.

[2]陈宁，朱凌志，王伟.改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略.中国电机工程学报（ Proceedings of the CSEE），2009，29（10）：102-106.

[3]赵晶晶，符杨，李东东.考虑双馈电机风电场无功调节能力的配电网无功优化[J].电力系统自动化，2011（11）.

[4]李海峰，王海风，陈珩.紧急情况下二次电压的多代理协调控制[J].电力系统自动化，2001，23（12）：17-21.

[5]陈中，高山，王海风.有大规模风电接入的电力系统在线紧急协调电压稳定控制[J].电力系统保护与控制，2010，38（18）.endprint