CN105356477B - 一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源发电、风电场及电网安全运行领域，尤其涉及一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法。本发明包括由一级无功电压控制、二级无功电压控制和紧急状态及极端情况下的无功电压控制等三级无功电压控制措施组成。一级无功电压控制由风电场集中接入点的变电站进行闭环监控完成，二级无功电压控制由区域电网主站完成，主要由风电场集中接入点的SVC或电容电抗器进行电压控制。紧急状态及极端情况下的无功电压控制主要采取增设安全自动装置来实现，主要措施包括切风电机组、切负荷以及切除一回750kV风电送出线路。

Description

一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法
技术领域
本发明涉及新能源发电、风电场及电网安全运行领域，尤其涉及一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法。
背景技术
随着我国风电产业的快速发展，在三北地区形成了多个百万千瓦甚至千万千瓦风电基地。由于风电出力具有随机性、波动性和不稳定性等特点，且风电基地分布地域广，风资源具有一定的空间耦合性，当几百上千台风机集中接入某一个末端电网时，将造成电网的有功潮流和无功电压的频繁波动，而且大型风电基地或集群一般都距离负荷中心较远，风电送出通道采用的超高压交流输电线具有很高的充电功率。风电集群有功出力的大幅度变化，必然引起整个输电通道潮流的大起大落，在薄弱的系统接入点，风电有功和无功出力的波动将急剧恶化局部地区的无功电压状况。
由于目前已经投运的风电机组大部分不具备低电压穿越能力或低电压穿越能力十分有限，当风电场发生较大电压扰动时，风电机组出于自身的保护，往往采取自动切除的方式，造成系统有功失衡，影响系统稳定。在风电场发生局部故障的情况下，经常导致大规模风电机组脱网事故的发生，严重情况下甚至能够引发电网稳定问题，因此，对于大规模风电接入电网，必须具备足够的动态感性和动态容性无功调节能力，同时要求各类发电机组与电网协同调压，才可能实现电网电压的有效控制，从而保障电力系统安全稳定运行。目前，已经有很多关于单个风电场的无功优化控制算法的研究成果，传统电网的自动电压控制(AVC)系统也应用比较多，但是还没有具有实际应用价值的大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制措施，研究大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制策略具有重要的理论意义和应用价值。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法，通过三级综合无功电压控制以实现对大型风电集群及其送出通道无功电压的综合控制。
本发明的技术方案为：
一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法，包括一级无功电压控制、二级无功电压控制和紧急状态及极端情况下的无功电压控制。
一级无功电压控制包括以下步骤：
(I-a)在风电场升压变电站低压侧安装分组投切的低压电容器、电抗器和SVC(静止无功补偿器Static Var Compensator，简称SVC)；
(I-b)将风电场升压变电站高压母线的一级电压控制范围定为确定一级电压控制定值为其中为风电场升压变电站高压母线的额定电压；
(I-c)当风电场升压变电站高压母线的电压U1在范围内稳定运行时，仅由SVC对风电场升压变电站高压母线电压进行自动调控，以控制风电场升压变电站高压母线电压至一级电压控制定值
(I-d)当风电场升压变电站高压母线的电压U1在范围时，调整风电机组自身无功出力以控制风电场升压变电站高压母线电压在范围内；
(I-e)当风电场升压变电站高压母线的电压U1大于等于时，分组投切低压 电容器和电抗器以控制风电场升压变电站高压母线电压至
(I-f)当风电场集中接入点处的风电场升压变电站高压母线的电压U1在范围时，调整风电机组自身无功出力以控制风电场升压变电站高压母线电压在范围内；
(I-g)当风电场集中接入点处的风电场升压变电站高压母线的电压U1小于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制风电场升压变电站高压母线电压至
二级无功电压控制包括以下步骤：
(II-a)在风电场集群接入超高压送电通道中的超高压变电站主变的低压侧母线安装分组投切的低压电容器、电抗器和SVC；
(II-b)将超高压变电站主变的超高压母线的二级电压控制范围定为确定二级电压控制定值为其中为超高压变电站主变超高压母线的额定电压；
(II-c)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2在范围内稳定运行时，仅由SVC对超高压变电站主变超高压母线的电压进行自动调控，以控制超高压变电站主变超高压母线的电压至二级电压控制定值
(II-d)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2在范围时，分组投切低压电容器和电抗器以控制超高压母线电压至
(II-e)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2小于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制超高压母线电压至范围；
(II-f)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2大于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制超高压母线电压至范围。
紧急状态及极端情况下的无功电压控制包括以下步骤：
(III-a)将风电场升压变电站高压母线的三级电压控制范围定为将超高压变电站主变中超高压母线的三级电压控制范围定为当风电场升压变电站高压母线的电压U1或超高压变电站主变中超高压母线的电压U2超出或范围时，并且所有无功调节设备全部投入运行时，执行步骤(III-b)～(III-e)；
(III-b)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2大于时，切除一回750kV超高压线路；
(III-c)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2小于时，且根据风电预测系统预测风电出力将继续增加时，依次采取以下措施：就地切除负荷，限制周边水电机组或火电机组的有功出力，限制风电集群风电出力水平在60％-70％以下；
(III-d)当风电场升压变电站高压母线的电压U1大于时，从风电场升压变电站高压侧解列风电场；
(III-e)当风电场升压变电站高压母线的电压U1小于时，切除部分风电机组。
具体的，步骤(I-a)包括在风电场升压变电站低压侧安装OLTC以辅助调压。
具体的，步骤(II-a)包括使用水电机组和/或火电机组作为辅助无功电压调节设备参与二级无功电压控制。
具体的，步骤(III-e)中切除的部分风电机组为无功特性差或距离较远的风电机组。
本发明的有益效果：本发明通过三级无功电压控制实现对大型风电集群及其送出通道无功电压的综合控制。
其中，一级无功电压控制主要考虑风电场升压站的就地无功电压控制，主要采取在风电场升压站安装低压电容、电抗器和SVC作为主要调压设备，配合风电机组自身的无功调节特性进行无功电压调节。其中低压电容、电抗器作为无功控制的基础调节调分量，根据无功电压控制需求按计划分组投切；风电机组自身无功调节配合电容电抗器进行无功调节；SVC作为无功微调分量，对升压站高压母线进行无功电压精确调节；当变压器三侧无功分布不合理时，采用有载调压变压器(OLTC)作为辅助调压措施，对其电压进行调节。
二级控制主要解决风电集群接入的超高压站的无功电压控制，采用超高压变电站的低压电容、电抗器、SVC和送出通道运行方式进行综合调节控制。结合风电集群有功出力预测结果，根据母线电压变化按计划分组投切超高压站的低压电容、电抗器以及合理安排送出通道运行方式进行无功电压综合控制，SVC作为无功电压微调分量，对超高压送出通道电压小幅度波动进行调节，水电机组、火电机组由于距风电群集中接入点电气距离较远，可以辅助无功电压调节或进行风火打捆调节。
三级控制即紧急状态及极端情况下的无功电压控制，主要解决故障扰动等紧急状态下和极大、极小风电出力情况下，风电集群及送出通道的无功电压控制。根据统计，当大型风电集群风电出力低于装机容量65％的时间超过95％时，需要提高风电送出通道的平均利用率，实现综合效益最大化，本级控制在风电综合出力超过60％-70％的情况下(也可根据不同风电基地实际计算结果确定风电综合出力的比率范围)，有计划的选择弃风措施。因此，紧急状态下或极端出力情况下，通过采取切除超高压送出线路和解列风电场控制电压过高，通过采取限制部分负荷、限制火电出力、解列部分风电机组乃至限制风电场总出力来限制母线电压过低，以维持风电集群及其送出通道在紧急状态和极端情况下的无功电压稳定。
附图说明
图1为本发明中大型风电集群及其送出通道示意图。
其中，A1～A3和B1～B3为单个风电场等值机；T为690V/35kV变压器，为风电机组机端升压变；T1～T2为多个风电场集中接入的风电场升压变电站，T1～T2de主变变比一般为35kV/220kV,西北电网部分为35kV/330kV,T1～T2低压侧装有分组投切的低压电容器、电抗器和部分SVC；T3为风电场集群接入的超高压送电通道中的超高压变电站主变，T3的主变变比一般为35kV/220kV/500kV，西北电网为35kV/330kV/500kV；HD为风电场集群所在地区或附近地区的火电厂，可为风电进行调峰和调压，T4为火电厂的升压变电站；母线A和母线B为风电场升压站高压母线，也叫风电网集中并网点；母线C为超高压主变的中压侧母线，母线E为超高压主变的低压侧35kV母线，母线E装有分组投切的低压电容器、电抗器和部分SVC,母线D为超高压母线，母线H为超高压送电通道中的超高压母线，母线G为火电厂升压站高压母线。
具体实施方式
实施例采用本发明的无功电压综合控制方法对大型风电集群及其送出通道进行综合电压调控，共包括三级无功电压控制措施，分别为一级无功电压控制(即风电场升压变电站T1～T2的就地风电场升压变电站T1～T2)、二级无功电压控制(风电场集群接入超高压变电站主变T3的无功电压控制)和紧急状态及极端情况下的无功电压控制。
如图1所示，在风电场升压变电站T1～T2的低压侧安装分组投切的低压电容器、电抗器和SVC。在风电场集群接入的超高压送电通道中的超高压变电站主变T3的低压侧35kV母线E上，安装分组投切的低压电容器、电抗器和部分SVC。
实施例的一级无功电压控制由风电场集中接入点的变电站T1～T2进行闭环监控完成，主要由风电场集中接入点的SVC或电容电抗器进行就地控制，一级无功电压控制包括以下步骤：
(I-a)在风电场升压变电站低T1～T2的压侧分别安装分组投切的低压电容器、电抗器、SVC和OLTC，其中OLTC用以辅助调压；
(I-b)将风电场升压变电站高压母线(母线A和母线B)的一级电压控制范围定为确定一级电压控制定值为其中为风电场升压变电站高压母线(母线A和母线B)的额定电压；
(I-c)当母线A和/或母线B的电压U1在范围内稳定运行时，仅由SVC对母线A和/或母线B的电压进行自动调控，以控制母线A和母线B的电压至一级电压控制定值
(I-d)当母线A和/或母线B的电压U1在范围时，调整风电机组自身无功出力以控制母线A和母线B电压在范围内；
(I-e)当母线A和/或母线B的电压U1大于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制母线A和母线B的电压至
(I-f)当母线A和/或母线B的电压U1在范围时，调整风电机组自身无功出力以控制母线A和母线B的电压在范围内；
(I-g)当母线A和/或母线B的电压U1小于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制母线A和母线B的电压至
实施例的二级无功电压控制由区域电网主站T3完成，采用事前预决策和实时控制相结合的方式，由风电场集中接入点和区域电网的无功电压就地控制和两者之间的协调共同完成，二级无功电压控制包括以下步骤：
(II-a)在风电场集群接入超高压送电通道中的超高压变电站主变T3的低压侧母线(母线E)安装分组投切的低压电容器、电抗器和SVC；
(II-b)将超高压变电站主变T3的超高压母线(母线D)的二级电压控制范围定为确定二级电压控制定值为其中为超高压变电站主变超高压母线的额定电压；
(II-c)当超高压变电站主变T3中超高压母线D的电压U2在范围内稳定运行时，仅由SVC对母线D的电压进行自动调控以控制母线D的电压至二级电压控制定值
(II-d)当母线D的电压U2在范围时，采用分组退出低压电容器的措施以控制母线D的电压至
(II-e)当母线D的电压U2小于时，采用分组投入低压电容器的措施以控制母线D的电压至范围；
(II-f)当母线D的电压U2大于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制母线D的电压至范围。在进行二级无功电压控制时，还可以使用水电机组和/或火电机组作为辅助无功电压调节设备参与二级无功电压控制。
紧急状态及极端情况下的无功电压控制包括以下步骤：
(III-a)将风电场升压变电站T1～T2高压母线(母线A和母线B)的三级电压控制范围定为将超高压变电站主变T3中超高压母线(母线D)的三级电压控制范围定为当母线A和/或母线B的电压U1或母线D的电压U2超出或范围，并且所有无功调节设备全部投入运行时，执行步骤(III-b)～(III-e)；
(III-b)当母线D的电压U2大于时，切除一回750kV超高压线路；
(III-c)当母线D的电压U2小于时，且根据风电预测系统预测风电出力将继续增加时，依次采取以下措施：就地切除负荷，限制周边水电机组或火电机组的有功出力，限制风电集群风电出力水平在60％-70％以下；其中，风电预测系统可以为电网调度控制中心和目标风电场已经投运的风电有功、无功功率预测系统。
(III-d)当母线A和/或母线B的电压U1大于时，从风电场升压变电站高压侧解列风电场；
(III-e)当母线A和/或母线B的电压U1小于时，切除部分风电机组，优先切除无功特性差或距离较远的风电机组。
上述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法，其特征在于其包括一级无功电压控制、二级无功电压控制和紧急状态及极端情况下的无功电压控制；所述一级无功电压控制包括以下步骤：
(I-a)在风电场升压变电站低压侧安装分组投切的低压电容器、电抗器和SVC；
(I-b)将风电场升压变电站高压母线的一级电压控制范围定为 确定一级电压控制定值为其中为风电场升压变电站高压母线的额定电压；
(I-c)当风电场升压变电站高压母线的电压U1在范围内稳定运行时，仅由SVC对风电场升压变电站高压母线电压进行自动调控，以控制风电场升压变电站高压母线电压至一级电压控制定值
(I-d)当风电场升压变电站高压母线的电压U1在范围时，调整风电机组自身无功出力以控制风电场升压变电站高压母线电压在范围内；
(I-e)当风电场升压变电站高压母线的电压U1大于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制风电场升压变电站高压母线电压至
(I-f)当风电场集中接入点处的风电场升压变电站高压母线的电压U1在 范围时，调整风电机组自身无功出力以控制风电场升压变电站高压母线电压在范围内；
(I-g)当风电场集中接入点处的风电场升压变电站高压母线的电压U1小于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制风电场升压变电站高压母线电压至
所述二级无功电压控制包括以下步骤：
(II-a)在风电场集群接入超高压送电通道中的超高压变电站主变的低压侧母线安装分组投切的低压电容器、电抗器和SVC；
(II-b)将超高压变电站主变的超高压母线的二级电压控制范围定为确定二级电压控制定值为其中为超高压变电站主变超高压母线的额定电压；
(II-c)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2在范围内稳定运行时，仅由SVC对超高压变电站主变超高压母线的电压进行自动调控，以控制超高压变电站主变超高压母线的电压至二级电压控制定值
(II-d)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2在范围时，分组投切低压电容器和电抗器以控制超高压母线电压至
(II-e)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2小于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制超高压母线电压至范围；
(II-f)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2大于等于时，分组投切低压电容器和电抗器以控制超高压母线电压至范围；
所述紧急状态及极端情况下的无功电压控制包括以下步骤：
(III-a)将风电场升压变电站高压母线的三级电压控制范围定为将超高压变电站主变中超高压母线的三级电压控制范围定为当风电场升压变电站高压母线的电压U1或超高压变电站主变中超高压母线的电压U2超出或 范围时，并且所有无功调节设备全部投入运行时，执行步骤(III-b)～(III-e)；
(III-b)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2大于时，切除一回750kV超高压线路；
(III-c)当超高压变电站主变中超高压母线的电压U2小于时，且根据风电预测系统预测风电出力将继续增加时，依次采取以下措施：就地切除负荷，限制周边水电机组或火电机组的有功出力，限制风电集群风电出力水平在60％以下；
(III-d)当风电场升压变电站高压母线的电压U1大于时，从风电场升压变电站高压侧解列风电场；
(III-e)当风电场升压变电站高压母线的电压U1小于时，切除部分风电机组。
2.根据权利要求1所述的一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法，其特征在于所述步骤(I-a)包括在风电场升压变电站低压侧安装OLTC以辅助调压。
3.根据权利要求1所述的一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法，其特征在于步骤(II-a)包括使用水电机组和/或火电机组作为辅助无功电压调节设备参与二级无功电压控制。
4.根据权利要求1所述的一种大型风电集群及其送出通道的无功电压综合控制方法，其特征在于所述步骤(III-e)中切除的部分风电机组为无功特性差或距离较远的风电机组。
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基于大规模风电集中接入电网的无功电压特性及控制研究;梁纪峰;《中国优秀博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20130115;第36-42页

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