基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，該方法包括以下步驟：確定風(fēng)電接入電網(wǎng)的接入容量和接入位置；確定電網(wǎng)所需感性無功補償容量和容性無功補償容量；確定無功補償設(shè)備的類型及容量；確定無功補償設(shè)備協(xié)調(diào)控制策略；檢測風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該方法確定了500kv匯集變電站無功補償配置方案，為風(fēng)電接入電網(wǎng)后的500kv匯集變電站無功補償配置方案提供技術(shù)線路，保證風(fēng)電并網(wǎng)后的穩(wěn)定運行。
【專利說明】基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新能源發(fā)電技術(shù)中的風(fēng)電機組并網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體涉及一種基于無功電壓特性的風(fēng)電500kv匯集變電站無功補償配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電是潔凈的可再生能源，大力開發(fā)可再生能源是合理調(diào)整電源結(jié)構(gòu)的需要，是能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分?？稍偕茉撮_發(fā)利用是推動環(huán)境保護、改善能源結(jié)構(gòu)、保持社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大舉措。包括風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電在內(nèi)的可再生能源發(fā)電在近幾年內(nèi)得到了較快的發(fā)展。其中，風(fēng)力發(fā)電作為技術(shù)最成熟、最具規(guī)模化開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展的新能源發(fā)電方式之一，其發(fā)展速度居于各種可再生能源之首。風(fēng)能資源開發(fā)已經(jīng)步入蓬勃發(fā)展的階段，開發(fā)風(fēng)能資源成為我國調(diào)整電力結(jié)構(gòu)的重要措施之一。
[0003]目前及未來一段時間內(nèi)，風(fēng)電開發(fā)模式主要為“建設(shè)大基地、接入大電網(wǎng)”，大型風(fēng)電基地將部分采用直接接入500kV甚至750kV電壓等級輸電網(wǎng)的接入方案，大規(guī)模風(fēng)電基地的接入使得風(fēng)電與系統(tǒng)的相互影響越來越密切。風(fēng)力發(fā)電有隨機性、波動性、間歇性、難預(yù)測與不可控的特點，因此將風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)，必然給電網(wǎng)規(guī)劃運行帶來一定的影響。
[0004]在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)情況下，由于風(fēng)電的波動性以及風(fēng)電機組的無功功率特性等因素，系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性已成為風(fēng)電并網(wǎng)必須面對的重要問題。尤其在遠距離輸電情況下，線路電壓在出力變化時會出現(xiàn)大幅度波動，嚴重時可導(dǎo)致系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。
[0005]近年來，多次發(fā)生大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故，因此，迫切需要開展相應(yīng)的研究解決大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)問題。當(dāng)風(fēng)電場處于電網(wǎng)末端，電壓支撐較弱，系統(tǒng)發(fā)生故障后，有可能導(dǎo)致風(fēng)場電壓嚴重跌落，大量風(fēng)機因低壓脫網(wǎng)；在大量風(fēng)機脫網(wǎng)后，由于風(fēng)電場內(nèi)無功補償裝置控制策略不完善，沒能及時進行自動電壓調(diào)整，且風(fēng)電匯集站內(nèi)風(fēng)電大發(fā)時支撐系統(tǒng)電壓和無功損耗投入的無功補償裝置仍處于投入狀態(tài)，大量富余容性無功補償裝置仍在網(wǎng)運行，使得系統(tǒng)電壓大幅升高，從而引起大量風(fēng)機又因過電壓脫網(wǎng)。
[0006]因此，為了確保整個基地并網(wǎng)后的穩(wěn)定運行，需要通過對大型風(fēng)電基地與電力系統(tǒng)不同運行工況下相互影響的大量仿真計算，確定大型風(fēng)電基地匯集站的無功配置方案和控制策略，以及無功補償裝置的性能要求和成套設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，該方法確定了 500kv匯集變電站無功補償配置方案，為風(fēng)電接入電網(wǎng)后的500kv匯集變電站無功補償配置方案提供技術(shù)線路，保證風(fēng)電并網(wǎng)后的穩(wěn)定運行。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其改進之處在于:所述方法包括以下步驟:
[0010]1、確定風(fēng)電接入電網(wǎng)的接入容量和接入位置；
[0011]I1、確定電網(wǎng)所需感性無功補償容量和容性無功補償容量；
[0012]II1、確定無功補償設(shè)備的類型及容量；
[0013]IV、確定無功補償設(shè)備協(xié)調(diào)控制策略；
[0014]V、檢測風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0015]進一步的，所述步驟II中，確定電網(wǎng)所需感性無功補償容量和容性無功補償容量包括以下步驟:
[0016]S201、將風(fēng)電基地的風(fēng)電場視為一個單機電源,風(fēng)電出力經(jīng)風(fēng)電匯集升壓變電站升壓后通過等值線路接入無窮大系統(tǒng)；
[0017]S202、確定風(fēng)電匯集站升壓變壓器的高壓繞組的等值阻抗、中壓繞組的等值阻抗、低壓繞組的等值阻抗、等值導(dǎo)納和風(fēng)電匯集站出線的等值阻抗；
[0018]S203、確定風(fēng)電匯集站的主變壓器的無功損耗Λ Qt、等值導(dǎo)納的無功損耗QyT、出線的無功損耗AQ1和出線的充電功率Q1A ；
[0019]S204、確定風(fēng)電匯集站升壓變壓器需配置的感性無功總量Qgb = Iqc ；
[0020]式中，I為風(fēng)電匯集升壓變電站出線的總長度；q。為單位線路長度的充電功率；
[0021]S205、確定風(fēng)電匯集`站升壓變壓器需配置的容性無功總量Qge = Δ QT+QYT+ Δ Q1-Q1 ；
[0022]式中，AQt為風(fēng)電匯集站升壓變壓器的主變壓器上的無功損耗；QYT為風(fēng)電匯集站升壓變壓器的等值導(dǎo)納無功損耗；AQ1為風(fēng)電匯集站升壓變壓器出線上的無功損耗W1為風(fēng)電匯集站升壓變壓器出線上的充電功率。
[0023]進一步的，所述步驟S202中，確定風(fēng)電匯集站升壓變壓器的高壓繞組的等值阻抗、中壓繞組的等值阻抗、低壓繞組的等值阻抗、等值導(dǎo)納和風(fēng)電匯集站出線的等值阻抗分別如下式(1)、(2)、(3)、(4)和(5):
[0024]Zti = RT1+jXT1 (I)
[0025]Z12 = RT2+jXT2 (2)
[0026]ZT3 = RT3+jXT3 (3)
[0027]Yt = GT-jBT (4)
[0028]Z1 = RfjX1 (5)
[0029]式中，RT1、RT2、RT3分別為變壓器各繞組電阻；XT1、XT2、XT3分別為變壓器各繞組電抗；Gt為變壓器的電導(dǎo)；ΒΤ為變壓器的電納況為線路電阻A為線路電抗；
[0030]進一步的，所述步驟S203中，確定風(fēng)電匯集站的主變壓器的無功損耗AQt、等值導(dǎo)納的無功損耗QyT、出線的無功損耗Λ Q1和出線的充電功率Q1A分別如下式(6)、(7)、(8)和(9):
【權(quán)利要求】
1.一種基于無功電壓特性的風(fēng)電500kv匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 1.確定風(fēng)電接入電網(wǎng)的接入容量和接入位置； I1、確定電網(wǎng)所需感性無功補償容量和容性無功補償容量； II1、確定無功補償設(shè)備的類型及容量； IV、確定無功補償設(shè)備協(xié)調(diào)控制策略； V、檢測風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述步驟II中，確定電網(wǎng)所需感性無功補償容量和容性無功補償容量包括以下步驟: 5201、將風(fēng)電基地的風(fēng)電場視為一個單機電源，風(fēng)電出力經(jīng)風(fēng)電匯集升壓變電站升壓后通過等值線路接入無窮大系統(tǒng)； 5202、確定風(fēng)電匯集站升壓變壓器的高壓繞組的等值阻抗、中壓繞組的等值阻抗、低壓繞組的等值阻抗、等值導(dǎo)納和風(fēng)電匯集站出線的等值阻抗； 5203、確定風(fēng)電匯集站的主變壓器的無功損耗AQt、等值導(dǎo)納的無功損耗QyT、出線的無功損耗AQ1和出線的充電功率Q1A ； 5204、確定風(fēng)電匯集站升壓變壓器需配置的感性無功總量Qgb= Iqc ； 式中，I為風(fēng)電匯集升壓變電站出線的總長度；qc為單位線路長度的充電功率； 5205、確定風(fēng)電匯集站升壓變壓器需配置的容性無功總量Qg。=AQT+QYT+AQ1-Q1 ； 式中，AQt為風(fēng)電匯集站升壓變壓器的主變壓器上的無功損耗；QYT為風(fēng)電匯集站升壓變壓器的等值導(dǎo)納無功損耗；AQ1為風(fēng)電匯集站升壓變壓器出線上的無功損耗W1為風(fēng)電匯集站升壓變壓器出線上的充電功率。
3.如權(quán)利要求2所述的基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述步驟S202中，確定風(fēng)電匯集站升壓變壓器的高壓繞組的等值阻抗、中壓繞組的等值阻抗、低壓繞組的等值阻抗、等值導(dǎo)納和風(fēng)電匯集站出線的等值阻抗分別如下式(1)、(2)、(3)、(4)和(5):
Zti = RT1+jXT1 (I)
ZT2 = R12+j X12 (2)
ZT3 = Rts+J'Xts (3)
Yt = Gt-JBt (4) Z1 = RJjX1 (5) 式中，R11 > RT2、Rt3分別為變壓器各繞組電阻；XT1、X12> Xt3分別為變壓器各繞組電抗；GT為變壓器的電導(dǎo)；BT為變壓器的電納況為線路電阻A為線路電抗；`
4.如權(quán)利要求2所述的基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述步驟S203中，確定風(fēng)電匯集站的主變壓器的無功損耗AQt、等值導(dǎo)納的無功損耗QyT、出線的無功損耗Λ Q1和出線的充電功率Q1A分別如下式(6)、(7)、(8)和(9):
5.如權(quán)利要求1所述的基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述步驟III包括以下步驟: S301、分別獲取電網(wǎng)中各無功補償設(shè)備的類型及其容量；
S302、根據(jù)式
6.如權(quán)利要求5所述的基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述無功補償設(shè)備的類型包括感性無功補償設(shè)備和容性無功補償設(shè)備。
7.如權(quán)利要求1所述的基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述步驟IV中，確定無功補償設(shè)備選擇優(yōu)先順序為并聯(lián)電容器和電抗器、SVC、SVG ； 穩(wěn)態(tài)情況下，協(xié)調(diào)控制策略為對SVG、SVC、電容器、電抗器等設(shè)備進行聯(lián)合控制，跟蹤并網(wǎng)點電壓目標，同時優(yōu)化動態(tài)無功儲備； 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)直接控制對象為SVG時，當(dāng)電壓出現(xiàn)突然波動時，SVG轉(zhuǎn)到就地跟蹤模式，脫離聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)，對系統(tǒng)電壓進行自主跟蹤。
8.如權(quán)利要求1所述的基于無功電壓特性的風(fēng)電500kV匯集變電站無功補償配置方法，其特征在于:所述 步驟V中，分別對風(fēng)電接入和無功補償設(shè)備接入后的系統(tǒng)穩(wěn)定性進行校驗，判斷電網(wǎng)是否能夠滿足暫態(tài)穩(wěn)定，若滿足，結(jié)束；若不滿足，返回步驟IV。
【文檔編號】H02J3/18GK103746389SQ201410027344
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】李琰, 王真, 遲永寧, 蘇媛媛, 田新首, 劉超, 孫蔚, 曹偉, 雷為民, 谷冰, 王信, 趙爽, 羅瑋, 魏林君, 張占奎, 湯海雁, 王志冰, 曲春輝, 仇衛(wèi)東, 胡君慧 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測有限公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司, 國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術(shù)研究院