一种确立风电场无功补偿容量适网性的方法

摘要

一种确立风电场无功补偿容量适网性的方法，涉及电网优化分析，是针对现有风电场无功容量配置存在不合理情况，提出了一种新的无功容量计算法，包含有：首先建立一个包括风电场、箱变、集电线路、升压变、送出线和接入电网系统所构成的电网仿真模型；之后，采用传统理论计算方法确立一个无功配置容量的变化范围；将上述以传统理论计算方法确定的补偿容量范围值，利用仿真系统来进行闭环试验，以此确定风电场需补偿的感性、容性无功补偿容量；将上述感性、容性补偿容量带入仿真电网模型内，对稳态潮流、动态电压波动和暂态稳定进行验证，以便得出适网无功补偿配置容量及相应设备技术要求，以此来保证风电场无功补偿容量能有效用于风电场无功配置中。

说明书

技术领域

本发明涉及电网优化分析领域，特别是涉及其中的无功补偿与优化配置。

背景技术

环保、低碳的国际形势要求，促使风力发电装机容量高速增长，占电网总装机容量比 例不断提高，但由于风力发电并网具有间隙性、随机性的特点，并风电场的无功补偿装置 配置不太合理，会对电网安全稳定运行带来一定的负面影响，使得风电场的电压出现波动 情况和整体存在不稳定因素。鉴于通常风电场的容性无功容量是按照经验公式计算并以如 下原则配置，即变速恒频双馈风机是按主变容量的25％配置，恒速恒频异步机按主变容量的 50％配置，然而实际运行中，这一经验公式并不合理，当送出线路轻载运行时，风电场需配 置的无功容量往往小于下限计算值，当送出线路潮流较重时，风电场需配置的无功容量又 可能大于上限计算值，据此，现行的经验公式已不太适合风电场作无功容量的计算选择， 且随着越来越多的风电场接入电网，电压稳定性问题也使得需要对无功补偿容量及设备水 平有新的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决以经验公式计算的无功容量不够合理的问题，提供一种新的确 立风电场无功配置容量的计算方法，可以实现对风电场不同装机容量及送出线路的不同规 模情况下，所配置的无功容量可以满足电网运行要求。

本发明所述的风电场无功配置容量计算方法包括如下四个方面：

1)首先要建立一个以PSD-BPA软件系统为核心的，包括风电场、箱变、集电线路、升 压变、送出线和接入电网系统所构成的电网仿真模型。该电网仿真模型可用于计算稳态潮 流、动态电压波动及暂态稳定。此仿真模型作为运算考核的主条件。

2)之后，根据现有的传统理论计算方法确立一个无功配置容量的变化范围，该范围包 括风机箱变无功损耗、集电线路无功损耗、升压变无功损耗及送出线路无功损耗，便于最 终确定需补偿的感性及容性无功容量。此变化范围作为运算考核的比对条件。

3)将上述以传统理论计算方法确定的补偿容量范围值，使用仿真系统来进行闭环试验， 在无穷大系统内的不同电压水平下，计算风电场需向系统吸收的感性和容性无功容量，以 此来初步确定风电场需补偿的感性、容性无功补偿容量。

4)把使用该补偿容量的风电场带入真实电网内，对稳态潮流、动态电压波动和暂态稳 定进行验证，如满足运行要求，则采用，否则，根据仿真结果将配置容量及补偿装置的动 态响应时间进行调整，最终得出无功补偿配置容量及相应设备技术要求。

本发明的优点和积极效果如下：

可保证风电场无功补偿容量能有效用于风电场无功配置中，使得既不少配影响电网运 行，又不多配浪费资源；同时在仿真计算过程中，可发现大规模高电压等级风电场接入系 统时引起的一系列电压问题，并提出解决方案。

本方法从当前电网的角度出发，通过校验无功补偿装置及容量，使风电场因出力波动 而引起的一系列稳态、暂态问题得到有效抑制，并使得风电场具备为电网提供无功支撑的 能力，避免故障的扩大化；对于风电投资商来说，可以避免在电网波动时由于大规模运行风 机脱网，增加其有效的发电时间，并节约了无功补偿的投资。

附图说明

图1是本发明无功补偿容量适网计算方法的流程示意框图。

图中的“运算开始”，是将要对风电场进行无功补偿作适网性计算，“输出结果”是本 方法的最终确立的补偿量。

具体实施方式

对照附图，本方法的具体实施方式如下：

运算开始时，首先要建立一个以PSD-BPA软件为核心的，包括风电场、箱变、集电线 路、升压变、送出线和接入电网等在内的，采用真实数据构成的仿真电网环境模型，此仿 真模型既可反应真实电网环境，又可以作为无穷大系统使用。此仿真模型是运算考核的主 条件，一次建立，可重复使用。

之后，针对实际电网情况及风电场设备参数进行补偿容量理论计算，确定一个感性、 容性无功补偿容量的变化范围，该范围包括的内容有风机箱变无功损耗、集电线路无功损 耗、升压变无功损耗及送出线路无功损耗。此变化范围作为运算考核的比对条件。

接着，将上述以理论计算方法确定的补偿容量范围值，在本仿真系统中进行闭环试验， 利用仿真系统中的无穷大模型，在不同电压水平下来计算风电场需向系统吸收的感性和容 性无功容量，找出风电场需要补偿的无功容量，比对理论计算值来确定一个接近合理的容 量值。

最后，在真实电网仿真环境里，根据《电力系统安全稳定导则》、《风电场接入电力系 统技术规定》、《电能质量电压波动与闪变》要求进行各项仿真模拟计算，其中包括风电场 正常运行时稳态模拟，风电场元件及电网相关元件故障时的暂态模拟，由风功率变化引起 的风电场出力波动时模拟无功装置动态调压，进而校验计算的无功容量是否满足各类规程 要求，如满足则该容量值即为风电场最终需补偿的无功容量，如不满足要求，则调整补偿 容量且提高对设备参数要求直至其满足规程。

所述的电网仿真模型，包括有风电场各部分的等值模型和接入系统模型，即风机、箱 变、集电线路、升压变、送出线路及真实电网仿真模型。

上述模拟试验，按风电场接入系统方式不同可归分为四类，不同的接入方式计算方法 不同；仿真模型中，详细包括风电场各部分模型或等值模型；接入系统真实反映实际电网 情况；仿真系统模型能进行相应的稳态、暂态调压计算及因风能波动而引起的动态调研校 验。

使用本方法曾对多家风电场进行相应无功补偿容量的计算或校核，例如包头市达茂旗 规划建设的安诺吉珠日和风电场，规划装机容量300MW，如按传统计算方式，因该风电场 使用变速恒频双馈风机，按主变容量25％补偿时，需容性无功75Mvar。采用本方法时，通 过理论计算，风电场需补偿的无功容量在125Mvar左右，通过无穷大系统仿真分析，风电 场需补偿122Mvar容性无功，如考虑风机可发容性无功，则只需补偿62Mvar无功。将计算 结果在真实电网环境进行潮流、暂态稳定分析及因风能波动而引起的动态调压效果分析， 校验后，62Mvar满足运行要求，且能对系统提供一定无功支撑，并建议风电场无功补偿装 置响应时间不高于20ms。

综上所述，利用本计算方法，可提供真实准确的仿真环境，提高了验证可能性，提高 了结果的正确性，进而最终得出的配置容量及设备技术要求可广泛应用于风电场。