220 k V線路過流遠方切除風電機組方案研究

高紅梅 ，張 冰 ，王 娟 ，張海城

（1.濱州供電公司，山東 濱州 256610；2.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟南 250001；3.山東廣播電視大學，山東 濟南 250101）

0 引言

風力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能源結構，經(jīng)濟環(huán)保等方面的優(yōu)勢，也是未來能源電力發(fā)展的一個趨勢。近年來，風力發(fā)電在技術上日趨成熟，商業(yè)化應用不斷提高，同時，風力發(fā)電的成本也在不斷降低,為充分利用風能提供了諸多有利條件。大規(guī)模風力發(fā)電必須要實現(xiàn)并網(wǎng)運行，然而，隨著風電場的容量越來越大，對電網(wǎng)的影響也越來越明顯，研究風力發(fā)電并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響已成為重要課題［1］。濱州電網(wǎng)沾化電廠供電區(qū)域風電裝機容量超百萬千瓦，增加了電網(wǎng)事故調(diào)度處理的難度。

1 并網(wǎng)線路過流遠方切除風電機組方案提出

1.1 風電并網(wǎng)中存在問題

近年來，濱州、東營沿海地區(qū)風電發(fā)展迅猛，沾化電廠供電區(qū)域已并有風電場容量791.5 MW（其中車王站148.5 MW，學堂站643 MW），并網(wǎng)點集中在車王站和學堂站，根據(jù)風電發(fā)展規(guī)劃，2013年沾化、河口境內(nèi)將有250 MW的風電場建成并于鹽都站，營港站有50 MW風電和30 MW＋50 MW光伏并網(wǎng)發(fā)電，沾化電廠區(qū)域風電裝機容量超百萬千瓦。大量風電機組的并網(wǎng)對沾化電廠供電區(qū)域單線并網(wǎng)（即220 kV濱董線、沾董線、沾利線、濱利線任一線路檢修）時的發(fā)供平衡安排帶來困難，當沾化電廠供電區(qū)域與系統(tǒng)解列時，風電并網(wǎng)增加了電網(wǎng)事故調(diào)度處理的難度，對電網(wǎng)調(diào)度工作帶來了挑戰(zhàn)，若220 kV任一回線路掉閘，另一回線路可能出現(xiàn)過負荷［3－4］。山東東營—濱州地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)系如圖1所示。

圖1 山東東營—濱州地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)系圖

1.2 并網(wǎng)線路過流遠方切除風電機組方案實施必要性

220 kV鹽都匯流站投運后，新戶國華風電場四期共200 MW風電機組、濱海龍源風電場兩期共100 MW風電機組將陸續(xù)并網(wǎng)發(fā)電，隨著沾化電廠供電分區(qū)域風電裝機容量的迅速增加，事故情況下存在220 kV濱董線嚴重過流的問題。為確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，需在董堂站安裝220 kV濱董線過流聯(lián)切新戶國華風電場、濱海龍源風電場風電機組裝置。

2 220 kV濱董線過流遠方切除風電機組裝置方案

2.1 沾化電廠穩(wěn)控裝置已實施方案

沾化電廠已經(jīng)裝設“沾利線、沾董線”過流聯(lián)切裝置，河口國華風電場、河口華能風電場均已裝設接收切風電命令裝置。

圖2 站間裝置配置及通道聯(lián)系圖

當“沾利線、沾董線”由沾化電廠送出方向發(fā)生過流后，按延時分6輪通過控制字整定來切除河口國華風電場、河口華能風電場的風電線路（集電線）。站間裝置配置及通道聯(lián)系如圖2所示。

2.2 董堂站穩(wěn)控裝置方案

基于220 kV鹽都站投產(chǎn)后，濱州、東營地區(qū)并網(wǎng)風電裝機容量進一步增大。為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，經(jīng)研究決定，提出在董堂站增設220 kV濱董線過流聯(lián)切風電場機組裝置的實施方案。

延續(xù)目前沾化電廠的過流切風電模式，并且董堂站裝置也與風電場直接通信，沾化電廠定值增加4個風電場的控制字，風電場裝置要增加接收兩個主站命令的硬件及軟件功能。配置圖如圖3。

方案優(yōu)點是主站的軟件改動較小，只需再增加4個風場的切負荷控制字定值即可。沾化電廠裝置和董堂站裝置軟件可以通用。

3 并網(wǎng)線路過流遠方切風電機組方案應用

董堂站穩(wěn)控裝置濱董線過載功率定值為300MW，第一輪延時定值6s，第二輪延時8s，第三輪延時10s，第四輪延時12 s，第五輪延時14 s，第六輪延時16 s，功率由董堂站流向濱州站才判過載。

國華、華能等6個風電場將本站的可切風電量分別上送至沾化電廠、董堂站穩(wěn)控裝置，上送的可切風電功率總量見表1，國華本站的11條集電線的優(yōu)先級及各條集電線的功率如表2。

圖3 董堂站220 kV濱董線過流聯(lián)切風電場機組裝置的實施方案

表1 上送到沾化電廠總可切風電量

表2 上送到沾化電廠總可切風電量

某時刻濱董線功率達到400 MW，功率由董堂站流向濱州站。

1）持續(xù)時間超過6 s后，第一輪動作，并計算出第一輪需要切除風電量為400－300＝100 MW，董堂站穩(wěn)控裝置發(fā)送切風電量100 MW后，計算每個風場平均需要切除100／6＝16.7 MW，但是第6個風場（新增4）最多有10 MW，則需要全切10 MW，這樣剩余90 MW在剩下的5個風場平均分配：90／5＝18，這樣剩余每個風場需要切除18 MW風電線。最終董堂站穩(wěn)控裝置向6個風場實際發(fā)送的切除量如表3。

表3 董堂站穩(wěn)控裝置向6個風場實際發(fā)送的切除量

接下來闡述每個風場切除風電的方法，以國華為例，收到18 MW負荷，根據(jù)本地負荷優(yōu)先級，第五條集電線優(yōu)先級為1最先切除，且第五條線的功率為4 MW，小于18 MW，未達到需切量，然后切除優(yōu)先級為 2的第 4條線（5 MW），4＋5＝9 MW＜18 MW，仍未達到需切量，繼續(xù)切除優(yōu)先級為3的第3條線（6 MW），4＋5＋6＝15 MW＜18 MW，仍未達到需切量，繼續(xù)切除優(yōu)先級為 4 的第 2 條線（15 MW），4＋5＋6＋15＝30 MW＞18 MW，已達到需切量，完成本次遠方切除18 MW風電命令。

2）濱董線發(fā)送切除100 MW后，仍然過流，時間達到8s后，最終二輪動作，此時濱董線功率為350MW，需切量計算：350－300＝50 MW，再將50 MW 發(fā)送到董堂站穩(wěn)控裝置，再按照1）中的原則來向各個風場轉(zhuǎn)發(fā)。

3）如果第二輪命令發(fā)送完后，濱董線過流消失，則本組動作結束。裝置返回，等待新的過流故障發(fā)生。否則達到第三輪延時后，繼續(xù)動作。

4 結語

根據(jù)現(xiàn)場通道配置情況，沾化電廠裝設的沾董線、沾利線過流聯(lián)切河口華能風電場、河口國華風電場機組裝置調(diào)整為220 kV沾董線、沾利線過流聯(lián)切風電場機組裝置。沾化電廠裝設沾董線和沾利線過流發(fā)信號（遠方、就地）裝置，河口華能、河口國華、濱海龍源、新戶國華裝設接收沾化電廠信號聯(lián)切風電機組裝置。董堂站裝設濱董線過流遠方發(fā)信號裝置，濱海龍源、新戶國華裝設接收董堂站信號聯(lián)切風電機組裝置，沾化電廠接收濱董線過流信號。220kV濱董線聯(lián)切新戶國華風電場、濱海龍源風電場風電機組裝置按照雙重化配置，其通信通道及相關接口設備相互獨立，并盡量使用不同的通道路由，且通道及接口設備的電源也應互相獨立。董堂站220 kV濱董線過流聯(lián)切風電機組方案的實施有效解決了事故情況下存在220 kV濱董線嚴重過流的問題，風電場并網(wǎng)后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定得到了有效的控制。

［1］山東省發(fā)展和改革委員會.山東省可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃［R］.2008，4.

［2］遲永寧.大型風電場接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定研究［D］.中國電力科學研究院，2006.

［3］康重慶，夏清，劉梅.大規(guī)模風電接入電網(wǎng)的相關問題及措施［J］.中國電機工程學報，2010，30（25）：1－9.