云南山地風電場電壓不均衡特性研究

劉鳳馨,王興剛

(1.云南省電力設計院,昆明 650051；2.云南電網公司,昆明 650011)

云南山地風電場電壓不均衡特性研究

劉鳳馨1,王興剛2

(1.云南省電力設計院,昆明 650051；2.云南電網公司,昆明 650011)

介紹云南省風電場多位于山區,風機分布不規則,沿山勢走向呈長條狀分布,集電線路長且各臺風機出力不均勻,容易導致風電場內部出現電壓越限的情況。根據云南山地風電場的特征建立了典型模型,研究山地風電場內部電壓不均衡情況,并且驗證了在大規模電力系統仿真計算中采用的風電場一般等值模型的適用性。

山地風電場；集電線路；電壓不均衡；等值模型

0 前言

2014年初全省風電裝機已達到 219萬千瓦[1]。由于風電出力的波動性,風電場的母線電壓經常大幅波動,加之地區調壓能力不足、缺乏足夠的電壓支撐點,系統電壓調整面臨挑戰[2]。

云南省風電場多位于山區[3-5],風機分布不規則,沿山勢走向呈長條狀分布,集電線路長,而且各臺風機出力不均勻,有可能導致風電場內部出現電壓越限的情況,需要重點關注。此外,對于山地風電場,能否在大規模電力系統仿真計算中采用傳統的一般等值模型,也是需要關注的問題。

根據云南山地風電場的特征建立典型模型,研究山地風電場內部電壓不均衡情況,并且驗證了在大規模電力系統分析中采用的風電場一般等值模型的適用性。

1 典型山地風電場模型

以雙饋風電場為例,拓撲結構圖如圖1所示。

圖1 典型山地風電場拓撲結構

表1 變壓器參數

該風電場有兩條饋線,風機臺數分別為16臺、17臺,變壓器參數見表1,架空線路參數見表2,電網等值阻抗。

表2 架空線參數

2 對風電場電壓不均衡的影響

風電機組間的集電線路長度分別取1～5 km,風電出力0.8時,N3母線提供無功補償使風電場出線端N4點電壓基本維持在1.0 p.u,集中補償的大小如表3所示。

表3 不同集電線路長度時的無功補償容量

通過仿真計算,可以得到不同集電線路長度情況下,風電場內各節點的電壓分布如圖2所示。可以發現,隨著集電線路長度的增加,風電場首末端風機的電壓差逐漸增大,在本文算例拓撲結構和參數下,風電機組之間的集電線路長度超過3 km、最長饋線超過50 km后,末端風機就面臨機端電壓過高的風險。

圖2 不同集電線路長度時一條饋線各臺風機機端電壓分布

3 風電場采用一般等值模型適用性

目前大規模電力系統仿真計算中,廣泛采用的風電場一般等值方法如下。

將風電場的每個機群等值為一臺風機,得到如圖3所示等值模型：

圖3 風電場按機群等值模型

其中等值參數的確定如下：

1)等值風機的容量根據各臺風力機的實際功率累加或近似為單臺風力發電機容量的n倍。

2)風力機變壓器等效阻抗ZT-eq表示為單臺變壓器的阻抗 ZT-WTG被風力機變壓器臺數 nT除,即：

3)集電線路等值阻抗為：

4)等值并聯電納為網絡中所有并聯電納的和：

可以對上述等值模型繼續等值,得到更為簡化的等值模型,用一臺風機等效整個風場,如圖4所示,其中等值阻抗為兩條支路的并聯。

圖4 風電場單機等值模型

按照上述兩種等值方法對算例風電場進行等值,取風機間集電線路為5 km,此時風電場首末端風機間有較大電壓差,仿真分析詳細模型和兩種等值模型,可以得到表4。

通過仿真可以發現,單機等值模型和按機群多機等值模型的精度相差不大,與詳細模型相比,風電場內部潮流結果有一定誤差,但從系統角度看,等值模型的穩態誤差還是可以接受的,說明傳統的風電場等值模型仍舊適用于云南山地風電場的特殊情況。

表4 山地風場詳細模型和兩種等值模型精度對比

4 結束語

1)山地風電場的首末端風機的電壓差隨著集電線路增長而增大。在典型參數下,風機間集電線路長度超過3 km、最長饋線超過50 km后,末端風機就面臨機端電壓過高風險。根據調查,目前云南省已投產風電場最長的集電線路均低于30 km,場內電壓分布偏差仍在可以接受的范圍內。

2)山地風電場的等值模型與詳細模型相比,風電場內部潮流結果有一定誤差,其中末端風機誤差最大,但從風電場并網點、35 kV匯集母線來看,等值模型的穩態誤差還是可以接受的。因此,在進行風電場集中無功補償裝置計算時,傳統的風電場等值模型仍舊適用,但需要關注末端風機的電壓波動。

[1] 王興剛.云南 “十二五”新能源規劃研究 [J].云南電力技術,2013,41(2)：1-3.

[2] 陳姝敏,肖友強.風電接入對電網電壓穩定影響分析 [J] .云南電力技術,2012,40(6)：52-54.

[3] 風電場電壓無功控制技術研究 [R].云南電網公司電網規劃研究中心,2013,12.

[4] 吳政聲.基于系統調峰的云南電網風電接納研究 [J].云南電力技術,2013,41(3)：15-16.

[5] 趙盛萍,趙明,梁俊宇,等.基于云南高山地形的風電AGC策略 [J].云南電力技術,2013,41(4)：10-12.

Research on Characteristics of Voltage Unbalanced in Yunnan Mountain Wind Farm

LIU Fengxin1,WANG Xinggang2
(1.Yunnan Electric Power Design Institute,Kunming 650051,China；2.Yunnan Power Grid Corporation,Kunming 650011,China)

Wind farm in Yunnan province is located in the mountains,the wind machine irregular distribution,to form a long strip shape distribution along the mountains.Wind farm collecting circuit is long and every wind generator output is not uniform,easy to cause the wind farm voltage exceed the limit.This paper established the typical model according to the characteristics of Yunnan mountain wind farm,studied the mountain wind farm voltage imbalance,and validated the applicability of wind farm equivalent model used in the ordinary in large-scale power system simulation.

mountain wind farm,collecting circuit,voltage unbalance,equivalent mode

TM73

B

1006-7345(2015)01-0137-03

2014-07-22

劉鳳馨 (1979),女,工程師,云南電力設計院,從事變電設計、配網規劃研究工作 (e-mail)fengxinliu＠126.com。

王興剛 (1979),男,博士,高工,云南電網公司,從事電網規劃、電力系統安全穩定性分析、新能源并網研究工作 (email)wxg_sunny＠126.com。