海上風電接入對電網(wǎng)無功電壓的影響分析

摘要：該文介紹某個海上風電場的建設規(guī)模和基本情況，建模仿真分析高峰負荷和低谷負荷時段，隨著風電場出力增加，海上風電接入對電網(wǎng)的電壓影響，充分利用海底電纜容性無功支撐風電場的電壓，并根據(jù)無功平衡的原則和電壓調(diào)節(jié)需求配置無功補償裝置，并進一步分析海上風電接入電網(wǎng)的公共連接點（PCC）的電壓偏差是否合理，建議運行時以SVG的無功調(diào)節(jié)能力作為主要的補償方式。

關(guān)鍵詞：海上風電? 海底電纜? 電壓調(diào)節(jié)? 無功電壓? 無功補償? 電壓偏差

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：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

能源是人類社會發(fā)展的重要因素，在降低溫室氣體二氧化碳排放已經(jīng)成為全球共識的情況下，作為清潔能源的風能是各國開發(fā)的重點領域之一[1]。海上風電產(chǎn)業(yè)在歐洲已發(fā)展了近30年，目前已成為歐洲最主要的可再生能源發(fā)電形式之一，在未來可再生能源的規(guī)劃中占有非常重要的地位[2]。我國政府已承諾力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[3]。廣東省強調(diào)要積極發(fā)展海上風電，同時需要加快速度建設開發(fā)近海風電場，逐步把海上風電發(fā)展成規(guī)模化，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。而近水深海風電作為新能源的重要組成部分，將強有力地支撐當?shù)亟?jīng)濟的增長，同時起到調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的比例，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展的模式，推動當?shù)亟?jīng)濟穩(wěn)步較快發(fā)展起到十分重要的意義。

1研究對象基本情況

近年來，風力發(fā)電技術(shù)取得了長足的發(fā)展與進步，但仍存在許多問題有待進一步研究和探討[4]。風能存在的間歇性和不確定性等問題，也使得高滲透率的入網(wǎng)風電對電網(wǎng)帶來的沖擊越來越大[5]。由于DIgSILENT/PowerFactory軟件具備非常優(yōu)秀的功能與特性，因此使用DIgSILENT/PowerFactory軟件研究發(fā)電機組并網(wǎng)測試問題擁有一定的優(yōu)勢[6]。該近海深水風電項目規(guī)劃場址東側(cè)中部區(qū)域內(nèi)，場址涉海面積約81.03 km2，風機外圍包絡海域面積約73.69 km2，水深范圍41 m～46 m，場址離岸最近距離約55 km。該風電場規(guī)劃裝機容量500 MW，年上網(wǎng)電量為1 538 GWh，年等效滿負荷小時數(shù)為3 056 h，計劃于2021年底投產(chǎn)完畢。該風電場主要由風機、海上升壓站、陸上升壓站、送出海纜和集電海纜等部分組成，升壓到500 kV后接入電網(wǎng)。

2研究方法簡述

由于DIgSILENT/PowerFactory軟件具備非常優(yōu)秀的功能與特性，因此使用DIgSILENT/PowerFactory軟件研究發(fā)電機組并網(wǎng)測試問題擁有一定的優(yōu)勢[5]。詳細比較了BPA和DIgSILENT兩種商業(yè)軟件中的機電暫態(tài)模型，實現(xiàn)發(fā)電機和負荷的模型匹配[6]。該項目提取南網(wǎng)BPA數(shù)據(jù)庫中元件參數(shù)和采用電網(wǎng)實際數(shù)據(jù)，風電場模型以委托方提供的風電場資料為依據(jù)，采用電力系統(tǒng)電磁機電暫態(tài)混合仿真程序（DIgSILENT PowerFactory 15.1）對電壓無功計算仿真，在DIgSILENT PowerFactory中研究搭建電網(wǎng)等值網(wǎng)絡和風電場等值網(wǎng)絡，調(diào)整電網(wǎng)運行方式。分析風電場并網(wǎng)運行后的無功/電壓分析，研究風電場并網(wǎng)運行對節(jié)點電壓水平的影響;提出合理的風電場無功補償推薦方案及電壓調(diào)節(jié)方案。

3研究內(nèi)容

參考《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導則》的各電壓層級的電壓允許偏差限值分析本風電場內(nèi)不同電壓層級母線電壓水平[7]。

500 kV送出線路加裝高抗后，首先假定風電場未安裝無功補償設備。高峰負荷時段時，風電場220 kV、500 kV節(jié)風電場約240～500 MW出力時220 kV電壓越下限1 pu。低谷負荷時段時，隨著風電場出力增加，35 kV、220 kV風電場出力增加，風電場35 kV、220 kV、500 kV節(jié)點和PCC節(jié)點電壓均在允許范圍內(nèi)。

根據(jù)《風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》要求，風電場應配置無功電壓控制系統(tǒng)，具備無功功率調(diào)節(jié)及電壓控制能力。根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)指令，風電場自動調(diào)節(jié)其發(fā)出（或吸收）的無功功率，實現(xiàn)對風電場并網(wǎng)點電壓的控制，其調(diào)節(jié)速度和控制精度應能滿足電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的要求[8]。假定在風電場陸上升壓站安裝200 Mvar容性容量的動態(tài)無功補償裝置，且該裝置以風電場升壓站500 kV母線節(jié)點與風電場維持在0 Mvar無功交換作為控制目標，PCC節(jié)點和風電場母線電壓、風電送出線上無功潮流的變化曲線如圖1所示。

根據(jù)圖1可以看出，高峰負荷時段下，在風電場投入動態(tài)無功補償裝置后，對PCC節(jié)點電壓影響較小，其中風電升壓站因安裝SVG無功補償裝置，隨著該風電出力的增加，風電場升壓站500 kV母線節(jié)點與風電場無功交換始終維持在0Mvar，PCC節(jié)點電壓偏差值為0.002 pu，風電場內(nèi)各母線節(jié)點均在允許值范圍內(nèi)且最大偏差幅度為0.063 pu。同理可得，風電場應安裝不少于150 Mvar的感性無功補償裝置，才能夠確保風電場并網(wǎng)點電壓不受風電出力的變化而產(chǎn)生偏差。

考慮地區(qū)電網(wǎng)的無功就地平衡和分層分區(qū)平衡的原則，以及高峰負荷和低谷負荷時段的調(diào)壓需求，該風電場項目需要在升壓站內(nèi)安裝200 Mvar容性無功補償設備和150 Mvar感性容量的無功設備，才能避免電網(wǎng)給風電場下送無功潮流，動態(tài)無功補償裝置SVG可滿足本項目無功調(diào)節(jié)和調(diào)壓的需求。根據(jù)以上分析，在風電場陸上升壓站內(nèi)配置3套±70 MVar的SVG，每套無功補償范圍為-70～+70 Mvar，運行時以SVG的無功調(diào)節(jié)能力作為主要的補償方式。

3結(jié)語

我國風能儲量較豐富，隨著能源供給側(cè)改革的不斷深入，清潔能源的開發(fā)成為能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，但是風電出力的隨機性和不穩(wěn)定性產(chǎn)生電網(wǎng)運行電壓偏差等問題，考慮地區(qū)電網(wǎng)的就地平衡和無功分層分區(qū)平衡的原則，以及高峰負荷和低谷負荷時段的調(diào)壓需求，在風電場陸上升壓站內(nèi)配置3套±70 MVar的SVG，每套無功補償范圍為-70～+70 Mvar，運行時以SVG的無功調(diào)節(jié)能力作為主要的補償方式。

參考文獻

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作者簡介：鐘才惠（1987—），男，碩士，工程師，研究方向為電力規(guī)劃和設計。

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