石開明

摘要： 以電網(wǎng)故障擾動(dòng)為約束，研究大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。研究了含風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型和算法，提出匯集站附近火電機(jī)組參與無功協(xié)調(diào)控制的策略；研究協(xié)調(diào)火電、風(fēng)電、SVC/SVG等無功電源設(shè)備的相互配合問題。本文選取某風(fēng)電場匯集站（含火電、風(fēng)電）的合理算例，驗(yàn)證了該策略和算法的優(yōu)越性。

Abstract： Taking the grid fault disturbance as a constraint， the influence of large-scale wind power inte-gration on the stability of the system is studied. This paper studies the reactive power optimization model and algorithm of distribution network with wind farm， and puts forward the strategy of thermal power units near the collection station participating in the coordinated control. It studies the coordination of reactive power supply equipment such as thermal power， wind power and SVC / SVG. In this paper， a reasonable example of a wind farm collection station （including thermal power， wind power） is selected to verify the superiority of the strategy and algorithm.

關(guān)鍵詞： 大規(guī)模；風(fēng)電場；無功；控制策略

Key words： large scale；wind farm；reactive power；control strategy

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）35-0118-02

0 引言

無功優(yōu)化在保證電網(wǎng)整體電壓質(zhì)量方面起著至關(guān)重要的作用。大規(guī)模風(fēng)電接入給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其是對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響引起了廣泛關(guān)注。如何充分利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)和無功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電場無功功率調(diào)節(jié)，如何實(shí)現(xiàn)火電和風(fēng)電之間的無功出力協(xié)調(diào)，從而抑制或避免系統(tǒng)發(fā)生大規(guī)模故障，確保整個(gè)電網(wǎng)無功功率平衡、電壓穩(wěn)定意義重大。

針對風(fēng)電場集群無功功率的相關(guān)控制策略國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。文獻(xiàn)[1]在未考慮DFIG 無功輸出的情況下，SVC進(jìn)行無功調(diào)節(jié)；按照風(fēng)機(jī)出口的無功功率靈敏度確定風(fēng)機(jī)無功輸出，從而實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化；文獻(xiàn)[2]基于變速恒頻電機(jī)的等效電路，分析了雙饋風(fēng)電機(jī)組的無功功率極限，并對DFIG損耗進(jìn)行了無功優(yōu)化控制，但此方法通過恒功率因數(shù)進(jìn)行控制，只考慮單臺(tái)風(fēng)機(jī)的無功損耗最小，沒有考慮整個(gè)風(fēng)電場無功的協(xié)調(diào)配合，無法實(shí)現(xiàn)整體的無功優(yōu)化。文獻(xiàn)[3]構(gòu)建了含多個(gè)風(fēng)電場的配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型，風(fēng)機(jī)的無功出力只是簡單的單臺(tái)機(jī)組容量相加，導(dǎo)致得到的風(fēng)電場無功調(diào)節(jié)精度不高，從而影響風(fēng)電場集群的無功優(yōu)化決策。文獻(xiàn)[4-5]提出基于多代理系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定后緊急控制，該系統(tǒng)基于第三類控制和多代理信息系統(tǒng)的在線協(xié)調(diào)機(jī)制，以應(yīng)對大規(guī)模風(fēng)電場對并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響；然而該系統(tǒng)的主要切入角度是在線系統(tǒng)，需要龐大數(shù)據(jù)庫的支持，不僅相關(guān)計(jì)算過程復(fù)雜，而且對通信可靠性和控制實(shí)時(shí)性要求較高，很難實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

總之，風(fēng)電場集群的自動(dòng)電壓控制不夠完善，未充分考慮多種無功源（風(fēng)電、火電）控制策略的協(xié)調(diào)控制。文中主要研究了風(fēng)電場和升壓站無功分配原則。通過對風(fēng)電場集群電壓控制點(diǎn)的偏差計(jì)算出風(fēng)場的無功需求，若DFIG無法滿足電網(wǎng)需求，應(yīng)采取有效措施進(jìn)行無功優(yōu)化，這離不開DFIG與SVC協(xié)調(diào)配合的支持，只有這樣才能降低風(fēng)機(jī)損耗，實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化目的。本文針對省調(diào)和地調(diào)的風(fēng)電場與常規(guī)火電廠、常規(guī)變電站的無功電壓協(xié)調(diào)控制方法策略。

1 無功源協(xié)調(diào)控制總體方案

①使風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)組自身的無功調(diào)節(jié)能力充分發(fā)揮出來；

②考慮風(fēng)電場內(nèi)電容器組、SVC/SVG、變壓器分接頭等的無功電源的協(xié)調(diào)配合控制；

③若風(fēng)電場無功調(diào)節(jié)能力無法發(fā)揮作用，應(yīng)充分發(fā)揮匯集站自身的無功調(diào)節(jié)能力。

④為減低風(fēng)電場波動(dòng)對地區(qū)電網(wǎng)電壓影響，必要的情況下，應(yīng)發(fā)揮匯集站附近火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力。

⑤無功電源協(xié)調(diào)控制遵循“離散設(shè)備優(yōu)先動(dòng)作，連續(xù)設(shè)備精細(xì)協(xié)調(diào)”的原則 。

2 無功補(bǔ)償分層協(xié)調(diào)控制建模

2.1 風(fēng)機(jī)數(shù)學(xué)模型

3 風(fēng)電場集群站無功協(xié)調(diào)控制策略仿真

在風(fēng)電匯集地區(qū)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1，風(fēng)電集群A采用雙饋機(jī)組、風(fēng)電集群B均采用永磁機(jī)組，裝機(jī)容量分別為304 MW，489 MW，每座風(fēng)電場配置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償容量約為裝機(jī)容量的25%，仿真中風(fēng)電場均采用1臺(tái)裝機(jī)容量相當(dāng)?shù)娘L(fēng)電機(jī)組替代，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償容量用1臺(tái)同容量的SVC或SVG替代。

搭建MATLAB仿真模型?？紤]設(shè)置風(fēng)電場A的并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生近端故障和遠(yuǎn)端故障，比較周邊風(fēng)電場檢測到風(fēng)電場A電壓跌落后，風(fēng)場內(nèi)無功源采取不同控制措施時(shí)，對風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓的支撐效果，從而證明本文所提控制思路的有效性。endprint

當(dāng)風(fēng)電集群B的并網(wǎng)點(diǎn)故障時(shí)，0.1s后切除故障，分別考慮風(fēng)電場A場內(nèi)SVC采取就地控制模式或是遠(yuǎn)方集群B SVG支持模式，比較風(fēng)電場A的電壓響應(yīng)情況如圖2所示。風(fēng)電場A并網(wǎng)點(diǎn)電壓在故障期間跌落至0.65左右，此時(shí)SVG和風(fēng)機(jī)仍有較大的無功裕量。在故障結(jié)束后，電壓恢復(fù)到正常范圍，但遠(yuǎn)方SVG動(dòng)作時(shí)，風(fēng)場A接受風(fēng)電場B的SVG增發(fā)無功來提升自身并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平，降低無功出力水平，電壓恢復(fù)到正常范圍。

當(dāng)加入SVG之后，各電壓波形明顯變得舒緩，且在運(yùn)行時(shí)間很小的時(shí)候基本就與基準(zhǔn)值偏差很小。說明SVG發(fā)揮了其調(diào)節(jié)無功作用，保證電壓質(zhì)量，使電壓保持在安全穩(wěn)定的運(yùn)行范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

4 結(jié)論和建議

①在協(xié)調(diào)SVC/SVG和DFIG的無功出力時(shí)，優(yōu)先調(diào)整DFIG的無功功率。

②當(dāng)?shù)貐^(qū)電網(wǎng)風(fēng)電場無功電壓調(diào)節(jié)能力不足時(shí)，需要充分發(fā)揮省調(diào)的無功調(diào)節(jié)能力。

③當(dāng)?shù)貐^(qū)電網(wǎng)風(fēng)電場無功電壓調(diào)節(jié)能力不足時(shí)，近區(qū)火電機(jī)組可以提供部分無功。

④由于諸多客觀原因的限制，比如風(fēng)電基地的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、相關(guān)裝置技術(shù)不高等，在具體工程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，采取進(jìn)一步的控制措施。

參考文獻(xiàn)：

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