风电场接入的变电站无功设备配置的研究.doc

风电场接入的变电站无功设备配置的研究 ——初步可行性研究报告 一、研究背景 随着化石燃料的日渐枯竭以及公众环保意识的日益提高，风力发电技术在我国面临着前所未有的发展机遇。截至2014年底，我国风电累计装机容量达到114609MW，同比增长25.4%；其中仅2014年新增装机容量就达到23196MW，同比增长44.2%。同时，风电的增长区域也由传统的西北、东北、华北向华东、西南扩散；发电方式也由单纯的陆上风向陆上风与海上风并重转变。风电发展的推动力一方面来源于国家政策的鼓励，另一方面也得益于技术的成熟。近年来，1.5MW和2MW风电机组逐步普及，4MW、6MW风电机组也开始出现。在国内，以华锐、金风科技、上海电气等为代表的一批国产风机厂家迅速崛起，在满足国内市场需求的情况下逐步走向世界，风电有可能成为我国继高铁之后另一个引领世界的优势产业。 风电的发展在带来诸多好处的同时，也不可避免的会对面向传统能源的电网造成冲击，在电压/无功控制领域体现的较为明显。传统的火电输出稳定，并且可以通过励磁调节器对机组的电压、无功进行准确的调节。其接入后，电力部门无须通过特别复杂的手段就能够有效控制电网的电压与无功。但是，受制于一次能源的特性，风电的输出却带有波动性与随机性。同时，风电机组含有大量的电力电子器件，使得其自身的电压/无功控制手段较为多样、复杂。风电接入电网后，必然会将其波动性、随机性与复杂性引入电网，尤其是对与其直接相连的变电站。如果不对这种状况加以研究，在以后的运行过程中可能会面临难以解决的问题。 目前，对含有风电地区的电压/无功研究过于集中于风电场侧的研究，而忽略了风电场与电网之间的协调控制。普遍存在的一个看法是：只要提高了风电场的电压/无功水平，电网的电压/无功水平就能够得到保证。这是一个错误的观点，显而易见，电网电压/无功水平的提高不仅仅依赖于风电场提供支撑，也需要电网自身做出一些调整，以应对风电接入引入的波动性、随机性与复杂性。 本课题在对风电场与电网之间电压/无功关系研究的基础上，深入探讨了风电场接入条件下的变电站无功设备优化配置，并利用潮流计算对此进行了验证。 二、基本内容 2.1含有风电的地区电网潮流计算 潮流计算是电压/无功研究的基础，风电接入后的地区电网潮流计算必须考虑到风电波动性、随机性与复杂性的影响。首先，需要根据地区电网的结构与参数，搭建合适的电网模型；其次，需要对风电场进行建模。风电场的建模是一个比较复杂的环节，因为要考虑到风电机组的功率特性与节点类型。功率特性是风速的函数，而风速具有很强的波动性与随机性；同时，风电机组多样、复杂的控制手段也会造成节点类型的灵活多变。不同风电机组的功率特性与节点类型各不相同，会对风电场整体的建模造成影响。在求解潮流过程中，传统潮流算法已经相当成熟，新的算法也不断涌现，需要根据实际情况加以改进和利用。 2.2风电场与电网之间的电压/无功协调控制 传统的电压/无功控制过于注重风电场侧的管理，而忽视了风电场与电网之间电压/无功的内在联系。风电场侧盲目地安装无功补偿装置，设置不合理的电压/无功控制策略；电网对风电场侧的控制手段响应缓慢。以上种种不合理之处都有可能造成所采取的措施达不到应有的效果，甚至造成反作用。 因此，需要在潮流计算的基础上，深入探讨风电场与电网之间电压/无功的深层次关系。研究风电场的输出特点与电压/无功控制手段；研究风电场侧的电压/无功管理对电网的影响；研究电网在风电接入后的电压/无功应对措施；研究两者之间的协调控制手段以使地区电压/无功分布达到最优化。 2.3变电站无功补偿设备的优化配置 无功补偿设备是电压/无功控制的重要工具，传统的电容器、电抗器以其结构简单、控制方便、价格低廉等特点成为了目前应用较为广泛的无功补偿设备，且效果显著。但是随着风电的接入，传统无功补偿设备的一些缺点也逐渐暴露出来。首先，风电的波动性和随机性会导致电容器、电抗器频繁投切，损害开关寿命；其次，电容器、电抗器只能分组投切使得其无法满足新形势下无功连续调节的需求。 因此，针对风电接入后的电网，尤其是与风电场直接相连的变电站，安装SVC、SVG等动态无功补偿设备成为一种迫切的需求。SVC和SVG能够满足电网对频繁投切与连续调节的要求，但同时，其价格也相对较为昂贵。目前，动态无功补偿设备还需要与传统无功补偿设备混合使用以实现性能与价格两方面的平衡。 本课题需要研究动态无功补偿设备的基本原理与工作特性；研究各种无功补偿设备的经济性；研究变电站无功补偿设备容量的合理配置；研究混合无功补偿设备的动作策略等。 三、关键技术 3.1基于PSASP的建模与潮流计算方法 电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Pa