云南山地风电场电压不均衡特性研究

刘凤馨,王兴刚

(1.云南省电力设计院,昆明 650051；2.云南电网公司,昆明 650011)

云南山地风电场电压不均衡特性研究

刘凤馨1,王兴刚2

(1.云南省电力设计院,昆明 650051；2.云南电网公司,昆明 650011)

介绍云南省风电场多位于山区,风机分布不规则,沿山势走向呈长条状分布,集电线路长且各台风机出力不均匀,容易导致风电场内部出现电压越限的情况。根据云南山地风电场的特征建立了典型模型,研究山地风电场内部电压不均衡情况,并且验证了在大规模电力系统仿真计算中采用的风电场一般等值模型的适用性。

山地风电场；集电线路；电压不均衡；等值模型

0 前言

2014年初全省风电装机已达到 219万千瓦[1]。由于风电出力的波动性,风电场的母线电压经常大幅波动,加之地区调压能力不足、缺乏足够的电压支撑点,系统电压调整面临挑战[2]。

云南省风电场多位于山区[3-5],风机分布不规则,沿山势走向呈长条状分布,集电线路长,而且各台风机出力不均匀,有可能导致风电场内部出现电压越限的情况,需要重点关注。此外,对于山地风电场,能否在大规模电力系统仿真计算中采用传统的一般等值模型,也是需要关注的问题。

根据云南山地风电场的特征建立典型模型,研究山地风电场内部电压不均衡情况,并且验证了在大规模电力系统分析中采用的风电场一般等值模型的适用性。

1 典型山地风电场模型

以双馈风电场为例,拓扑结构图如图1所示。

图1 典型山地风电场拓扑结构

表1 变压器参数

该风电场有两条馈线,风机台数分别为16台、17台,变压器参数见表1,架空线路参数见表2,电网等值阻抗。

表2 架空线参数

2 对风电场电压不均衡的影响

风电机组间的集电线路长度分别取1～5 km,风电出力0.8时,N3母线提供无功补偿使风电场出线端N4点电压基本维持在1.0 p.u,集中补偿的大小如表3所示。

表3 不同集电线路长度时的无功补偿容量

通过仿真计算,可以得到不同集电线路长度情况下,风电场内各节点的电压分布如图2所示。可以发现,随着集电线路长度的增加,风电场首末端风机的电压差逐渐增大,在本文算例拓扑结构和参数下,风电机组之间的集电线路长度超过3 km、最长馈线超过50 km后,末端风机就面临机端电压过高的风险。

图2 不同集电线路长度时一条馈线各台风机机端电压分布

3 风电场采用一般等值模型适用性

目前大规模电力系统仿真计算中,广泛采用的风电场一般等值方法如下。

将风电场的每个机群等值为一台风机,得到如图3所示等值模型：

图3 风电场按机群等值模型

其中等值参数的确定如下：

1)等值风机的容量根据各台风力机的实际功率累加或近似为单台风力发电机容量的n倍。

2)风力机变压器等效阻抗ZT-eq表示为单台变压器的阻抗 ZT-WTG被风力机变压器台数 nT除,即：

3)集电线路等值阻抗为：

4)等值并联电纳为网络中所有并联电纳的和：

可以对上述等值模型继续等值,得到更为简化的等值模型,用一台风机等效整个风场,如图4所示,其中等值阻抗为两条支路的并联。

图4 风电场单机等值模型

按照上述两种等值方法对算例风电场进行等值,取风机间集电线路为5 km,此时风电场首末端风机间有较大电压差,仿真分析详细模型和两种等值模型,可以得到表4。

通过仿真可以发现,单机等值模型和按机群多机等值模型的精度相差不大,与详细模型相比,风电场内部潮流结果有一定误差,但从系统角度看,等值模型的稳态误差还是可以接受的,说明传统的风电场等值模型仍旧适用于云南山地风电场的特殊情况。

表4 山地风场详细模型和两种等值模型精度对比

4 结束语

1)山地风电场的首末端风机的电压差随着集电线路增长而增大。在典型参数下,风机间集电线路长度超过3 km、最长馈线超过50 km后,末端风机就面临机端电压过高风险。根据调查,目前云南省已投产风电场最长的集电线路均低于30 km,场内电压分布偏差仍在可以接受的范围内。

2)山地风电场的等值模型与详细模型相比,风电场内部潮流结果有一定误差,其中末端风机误差最大,但从风电场并网点、35 kV汇集母线来看,等值模型的稳态误差还是可以接受的。因此,在进行风电场集中无功补偿装置计算时,传统的风电场等值模型仍旧适用,但需要关注末端风机的电压波动。

[1] 王兴刚.云南 “十二五”新能源规划研究 [J].云南电力技术,2013,41(2)：1-3.

[2] 陈姝敏,肖友强.风电接入对电网电压稳定影响分析 [J] .云南电力技术,2012,40(6)：52-54.

[3] 风电场电压无功控制技术研究 [R].云南电网公司电网规划研究中心,2013,12.

[4] 吴政声.基于系统调峰的云南电网风电接纳研究 [J].云南电力技术,2013,41(3)：15-16.

[5] 赵盛萍,赵明,梁俊宇,等.基于云南高山地形的风电AGC策略 [J].云南电力技术,2013,41(4)：10-12.

Research on Characteristics of Voltage Unbalanced in Yunnan Mountain Wind Farm

LIU Fengxin1,WANG Xinggang2
(1.Yunnan Electric Power Design Institute,Kunming 650051,China；2.Yunnan Power Grid Corporation,Kunming 650011,China)

Wind farm in Yunnan province is located in the mountains,the wind machine irregular distribution,to form a long strip shape distribution along the mountains.Wind farm collecting circuit is long and every wind generator output is not uniform,easy to cause the wind farm voltage exceed the limit.This paper established the typical model according to the characteristics of Yunnan mountain wind farm,studied the mountain wind farm voltage imbalance,and validated the applicability of wind farm equivalent model used in the ordinary in large-scale power system simulation.

mountain wind farm,collecting circuit,voltage unbalance,equivalent mode

TM73

B

1006-7345(2015)01-0137-03

2014-07-22

刘凤馨 (1979),女,工程师,云南电力设计院,从事变电设计、配网规划研究工作 (e-mail)fengxinliu＠126.com。

王兴刚 (1979),男,博士,高工,云南电网公司,从事电网规划、电力系统安全稳定性分析、新能源并网研究工作 (email)wxg_sunny＠126.com。