海上风电接入对电网无功电压的影响分析

摘要：该文介绍某个海上风电场的建设规模和基本情况，建模仿真分析高峰负荷和低谷负荷时段，随着风电场出力增加，海上风电接入对电网的电压影响，充分利用海底电缆容性无功支撑风电场的电压，并根据无功平衡的原则和电压调节需求配置无功补偿装置，并进一步分析海上风电接入电网的公共连接点（PCC）的电压偏差是否合理，建议运行时以SVG的无功调节能力作为主要的补偿方式。

关键词：海上风电  海底电缆  电压调节  无功电压  无功补偿  电压偏差

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

Influence of Offshore Wind Power Connection on Reactive Power and Voltage of Power Grid

ZHONG Caihui

（Zhongshan Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Zhongshan， Guangdong  Province， 528400 China）

Abstract： This paper introduces the construction scale and basic situation of an offshore wind farm， analyzes the peak load and low load periods by modeling and simulation， the voltage impact of offshore wind power access on the power grid with the increase of wind farm output， makes full use of submarine cable capacitive reactive power to support the voltage of the wind farm， and configures reactive power compensation devices according to the principle of reactive power balance and voltage regulation requirements， It is further analyzed whether the voltage deviation of the public connection point （PCC） of offshore wind power connected to the power grid is reasonable. It is suggested that the reactive power regulation capacity of SVG should be taken as the main compensation mode during operation.

Key Words： Offshore wind power; Submarine cable; Voltage regulation; Reactive voltage; Reactive power compensation; Voltage deviation

能源是人类社会发展的重要因素，在降低温室气体二氧化碳排放已经成为全球共识的情况下，作为清洁能源的风能是各国开发的重点领域之一[1]。海上风电产业在欧洲已发展了近30年，目前已成为欧洲最主要的可再生能源发电形式之一，在未来可再生能源的规划中占有非常重要的地位[2]。我国政府已承诺力争2030年前实现碳达峰、努力争取2060年前实现碳中和[3]。广东省强调要积极发展海上风电，同时需要加快速度建设开发近海风电场，逐步把海上风电发展成规模化，构建以新能源为主体的新型电力系统。而近水深海风电作为新能源的重要组成部分，将强有力地支撑当地经济的增长，同时起到调整产业结构的比例，转变经济发展的模式，推动当地经济稳步较快发展起到十分重要的意义。

1研究对象基本情况

近年来，风力发电技术取得了长足的发展与进步，但仍存在许多问题有待进一步研究和探讨[4]。风能存在的间歇性和不确定性等问题，也使得高渗透率的入网风电对电网带来的冲击越来越大[5]。由于DIgSILENT/PowerFactory软件具备非常优秀的功能與特性，因此使用DIgSILENT/PowerFactory软件研究发电机组并网测试问题拥有一定的优势[6]。该近海深水风电项目规划场址东侧中部区域内，场址涉海面积约81.03 km2，风机外围包络海域面积约73.69 km2，水深范围41 m～46 m，场址离岸最近距离约55 km。该风电场规划装机容量500 MW，年上网电量为1 538 GWh，年等效满负荷小时数为3 056 h，计划于2021年底投产完毕。该风电场主要由风机、海上升压站、陆上升压站、送出海缆和集电海缆等部分组成，升压到500 kV后接入电网。

2研究方法简述

由于DIgSILENT/PowerFactory软件具备非常优秀的功能与特性，因此使用DIgSILENT/PowerFactory软件研究发电机组并网测试问题拥有一定的优势[5]。详细比较了BPA和DIgSILENT两种商业软件中的机电暂态模型，实现发电机和负荷的模型匹配[6]。该项目提取南网BPA数据库中元件参数和采用电网实际数据，风电场模型以委托方提供的风电场资料为依据，采用电力系统电磁机电暂态混合仿真程序（DIgSILENT PowerFactory 15.1）对电压无功计算仿真，在DIgSILENT PowerFactory中研究搭建电网等值网络和风电场等值网络，调整电网运行方式。分析风电场并网运行后的无功/电压分析，研究风电场并网运行对节点电压水平的影响;提出合理的风电场无功补偿推荐方案及电压调节方案。

3研究内容

参考《电力系统电压和无功电力技术导则》的各电压层级的电压允许偏差限值分析本风电场内不同电压层级母线电压水平[7]。

500 kV送出线路加装高抗后，首先假定风电场未安装无功补偿设备。高峰负荷时段时，风电场220 kV、500 kV节风电场约240～500 MW出力时220 kV电压越下限1 pu。低谷负荷时段时，随着风电场出力增加，35 kV、220 kV风电场出力增加，风电场35 kV、220 kV、500 kV节点和PCC节点电压均在允许范围内。

根据《风电场接入电力系统技术规定》要求，风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电压控制能力。根据电力系统调度机构指令，风电场自动调节其发出（或吸收）的无功功率，实现对风电场并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求[8]。假定在风电场陆上升压站安装200 Mvar容性容量的动态无功补偿装置，且该装置以风电场升压站500 kV母线节点与风电场维持在0 Mvar无功交换作为控制目标，PCC节点和风电场母线电压、风电送出线上无功潮流的变化曲线如图1所示。

根据图1可以看出，高峰负荷时段下，在风电场投入动态无功补偿装置后，对PCC节点电压影响较小，其中风电升压站因安装SVG无功补偿装置，随着该风电出力的增加，风电场升压站500 kV母线节点与风电场无功交换始终维持在0Mvar，PCC节点电压偏差值为0.002 pu，风电场内各母线节点均在允许值范围内且最大偏差幅度为0.063 pu。同理可得，风电场应安装不少于150 Mvar的感性无功补偿装置，才能够确保风电场并网点电压不受风电出力的变化而产生偏差。

考虑地区电网的无功就地平衡和分层分区平衡的原则，以及高峰负荷和低谷负荷时段的调压需求，该风电场项目需要在升压站内安装200 Mvar容性无功补偿设备和150 Mvar感性容量的无功设备，才能避免电网给风电场下送无功潮流，动态无功补偿装置SVG可满足本项目无功调节和调压的需求。根据以上分析，在风电场陆上升压站内配置3套±70 MVar的SVG，每套无功补偿范围为-70～+70 Mvar，运行时以SVG的无功调节能力作为主要的补偿方式。

3结语

我国风能储量较丰富，随着能源供给侧改革的不断深入，清洁能源的开发成为能源产业的发展方向，但是风电出力的随机性和不稳定性产生电网运行电压偏差等问题，考虑地区电网的就地平衡和无功分层分区平衡的原则，以及高峰负荷和低谷负荷时段的调压需求，在风电场陆上升压站内配置3套±70 MVar的SVG，每套无功补偿范围为-70～+70 Mvar，运行时以SVG的无功调节能力作为主要的补偿方式。

参考文献

[1] 吴昊天.基于永磁风机并网技术的微电网优化运行研究[D].北京：华北电力大学（北京），2021.

[2] 杨光亚.欧洲海上风电工程实践回顾及未来技术展望[J/OL].电力系统自动化：1-10[2021-11-02].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210928.1608.009.html.

[3] 杨帆，张晶杰.碳达峰碳中和目标下我国电力行业低碳发展现状与展望[J].环境保护，2021，49（Z2）：9-14.

[4] 周飞航.永磁同步风能转换系统振动抑制及鲁棒控制研究[D].西安：西安理工大学，2020.

[5] 于泽洋.基于DIgSILENT软件的双馈风电场等值建模研究[D].大连：大连海事大学，2019.

[6] 刁哲伟.基于DIgSILENT的机组并网测试仿真及策略研究[D].南宁：广西大学，2018.

[7] 中华人民共和国能源部.电力系统电压和无功电力技术导则（试行）：SD 325-1989[S].中国电力出版社，1989.

[8] 王伟胜，迟永宁，张占奎，等.GB/T 19963-2011《风电场接入電力系统技术规定》解读（英文）[J].China Standardization，2016（2）：86-89.

作者简介：钟才惠（1987—），男，硕士，工程师，研究方向为电力规划和设计。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2111-5042-1842