海上风电汇集站无功装置配置方案及其性能研究

以江苏如东220kV蓬树海上风电汇集站为例,研究了海上风电汇集站无功装置的配置方案及其性能特点。按照无功平衡原则,分析了海上风电汇集站无功补偿容量计算方法及其配置方案。利用电力系统分析软件PSD-V2009,研究了风电出力变化对电网电压的影响及系统发生短路故障时发生风电场脱网的可能性。仿真结果表明:在风电出力变化时,采用电容器补偿,电网电压发生阶跃性变化,汇集站低压母线电压越上限;采用SVG补偿,电网电压在国标允许值范围内平滑变化。在系统故障时,采用电容器补偿存在风电场脱网的可能,而采用SVG补偿可有效避免风电厂脱网的现象。     

末端送出电网风电大规模脱网对主电网安全稳定控制策略分析

针对含大量风电场的末端地区电网外送通道由220 kV上升为750 kV网架后,研究风电机组大规模脱网时,地区电网和主电网电压、频率的动态过程,运用PSASP程序仿真分析,提出稳定控制策略。计算结果表明,变电站母线电压波动的幅度与一次性脱网的风电区域容量成线性关系。在电压振幅较大的变电站加装动态无功补偿设备,该变电站母线电压的攀升得到了有效控制。     

张北地区风电汇集区域风机脱网问题探讨

近年来我国风电发展迅速,风电接入规模和风电增长速度位居全球第一,张家口地区电网风电接入规模已经居国内前列。大规模风电集中接入电网后,电网的调度运行将面临风电并网带来的一系列问题,其中由于电压波动造成风机脱网问题倍受关注。介绍了张北地区电网结构和风电汇集站基本情况、风电场及其无功配置基本情况,并对张北地区典型的风机脱网事件进行了探讨,分析了风机脱网的原因,并得出目前张北地区风电汇集接入电网背景下所存在的无功补偿及电压问题。     

集群双馈风电场的分次调压控制

基于集群风电场间无功电压耦合较强、通信条件较差的特点,提出以双馈风电机组为主、电容器/静止无功补偿器(SVC)为辅,不过分依赖风电机组与风电场自动电压控制系统间通信的集群双馈风电场分次调压控制策略.事先根据电网运行状况计算得到不需实时更新的双馈风电机组的PQ曲线,同步补偿无功功率以应对有功出力的变化,并仅在电网运行状况发生大幅变化时更新PQ曲线;在调节效果不够理想或PQ曲线未更新时,再利用电容器/SVC进行二次调压.通过对中国北方某地区集群风电场的仿真分析,验证了所述控制策略可有效减少风电机组连锁脱网的发生机会,并且其控制效果不受风电机组与风电场自动电压控制系统间通信中断的影响.     

风电场接入地区电网的电压问题分析

风电场的有功功率具有间歇性和波动性,而无功功率则取决于风电场所使用的风电机组类型及其控制系统。大规模风电场接入地区电网后,将对电网的无功和电压控制带来一定的影响,研究风电场对电网无功/电压问题的影响十分重要。以多个风电场接入某地区电网为例,通过潮流计算分析了风电场引起的电压问题,给出了关键节点电压随风电场有功变化的P-V曲线。针对风电场引起的电网无功/电压控制问题,提出了无功补偿方案。结果表明:风电场升压站位置对无功补偿方案的影响不容忽视;在分析风电场接入地区电网引起的电压问题时,应考虑多个风电场之间的相互影响;系统无功补偿设计方案,应满足风电场不同出力状态下的要求。     

风电接入对电网电压的作用机理

鉴于风电场并网运行对电网无功电压的影响很大,首先分析了风电场并网运行时对风电场以及电网的电压产生的影响机理,探讨了风电功率因数与电网电压波动的关系,并通过实例仿真验证了风电场电压与风电出力、功率因数之间的相关性。由此指出了风电场无功电压控制和无功补偿配置方面的一些对策和建议,要求风电场通过足够的无功补偿配置和无功电压控制策略将其高压母线电压控制在110.0～117.7 kV。     

风电场混合无功功率补偿系统及其控制策略研究

受风电机组、变压器及线路的感性无功需求影响,现有风电场多需加装无功补偿装置,装置成本与补偿效果间的矛盾则是左右补偿装置类型选取的关键因素。提出采用电容器组与静止无功补偿器构成混合无功补偿系统。该补偿系统可在电网正常时协调电容器组与静止无功补偿器,实现并网点无功功率的实时、连续控制,有效提高并网点电压质量;在故障及故障恢复时刻,提高并网点电压支撑能力,减少电压恢复时间,协助风电场实现低电压穿越。在详细阐述混合补偿系统原理、结构基础上,以接入地区配电网的风电场为例,构建仿真模型并进行计算分析,所得结果验证了所提出的混合无功补偿思想的可行性与有效性。     

故障条件下的风电场无功协调控制策略

电网故障时风电系统的Crowbar装置能够帮助风电机组实现低电压穿越,然而Crowbar的投入使得双馈风电机组要从电网吸收无功功率,延缓电网电压重建的过程。因此,需要在故障时对风电场进行无功补偿。针对这个问题,提出一种新型无功协调控制策略,在电网电压跌落后,根据并网点电压水平以及Crowbar的动作情况,整定风电场的无功调节需求,通过两层无功分配策略,协调双馈风机和STATCOM对电网进行无功补偿,用以支撑风电场并网点电压。采用这种控制策略,不仅可以提高风电机组的低压穿越能力,也减少了无功补偿装置的投入容量,仿真分析验证了所提策略的可行性和有效性。     

对地区电网并联电容器配置及运行与维护的探讨

并联电容器因其能方便、灵活地进行无功补偿,在电网中得到了广泛的应用,文章在并联电容器基本原理的基础上,简单介绍了某地区电网110kV变电站主变及并联电容器的配置情况,并就并联电容器的运行与维护检修进行了比较深入的探讨,最后结合地区电网的发展,指出了今后进行无功配置规划的必要性和加强无功电压管理的重要性.     

基于风电汇集地区无功源优化控制技术的研究

为实现风电汇入电网电压稳定的目的,文中探索一种新的无功电压补偿控制方法。基于风电电网现有的无功电压控制系统技术,加入时许递进无功电压优化控制新理念,针对风电汇集群协调控制在无功电压控制、电网安全稳定控制所应具备的基本功能,提出了大规模风电场集群并网在多时间、多空间尺度等方面实现分层分区的控制策略;本文以新疆某风电场为例进行仿真验证分析,结果表明了此风电场无功协调控制效果明显优于单个风电场或单个汇集站的控制策略,本控制方案对今后无功补偿方面的研究有重要的指导意义。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

并网型风电场无功补偿问题的探讨

为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题,通过对风电机组无功电压特性的研究,提出了风电场无功补偿容量的不同计算方法。结合风电场无功需求的特点,确定并分析了带有FC的TCR型无功补偿器(SVC)的原理及特性,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场风速扰动,通过仿真计算表明SVC能够在常见的扰动下提供动态的电压支撑,能有效地提高风电场的稳定性,降低风电功率波动对电网电压的影响,改善系统的运行性能。     

风电场投切对地区电网电压的影响

随着风电场装机容量的不断增加,在风电场规划设计阶段计算含风电场的系统潮流并分析风电场接入对系统稳定性的影响非常重要。文章结合目前我国风电场的普遍运行情况,针对吉林省电网的特点,通过各种运行方式和工况下的模拟潮流计算,比较了系统中某些节点电压与风电场出力的变化情况,论述了风电场出力变化引起地区电网电压升高与降低的原因;给出了减小风电场出力变化对地区电网电压波动影响的措施,即在汇流变电站装设电抗器,在汇流变电站接入电网送电线路的对端变电站内装设电容器,电压高时投入电抗器切除电容器,电压低时切除电抗器投入电容器;当风电场装机容量较大时应将风电场直接接入220 kV变电站或500 kV变电站。     

并网型风电场电压稳定研究

为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题,通过对风电机组无功电压特性的研究,提出了无功补偿电容器容量的不同计算方法和投切方式。结合风电无功需求的特点,确定并分析了带有FC的TCR型无功补偿器(SVC)的原理及特性。对某实际风电场应用SVC无功补偿优化结果的分析表明:它可提供动态的电压支撑,能够稳定风电场节点电压,降低风电功率波动对电网电压的影响,很好地改善系统的运行性能。     

SVC补偿型定速风电机组模型及其特性分析

在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了静止无功补偿器(static var compensator，SVC)补偿型定速风电机组的模型，分析了其稳态和暂态特性以及由SVC补偿型风电机组组成的风电场对电网的影响，分别采用上述风电机组模型和用电容器组进行补偿的普通定速风电机组模型进行仿真实验，比较结果表明SVC补偿型风电机组具有快速调节无功功率的能力，当系统故障时，该风电机组可快速恢复系统电压，且风电机组启动过程对系统的冲击较小。     

考虑风电功率预测的分散式风电场无功控制策略

分散式风电接网模式可以解决集中式并网限电等问题,但对配电网传统运行模式带来挑战。为解决其经济稳定运行难题,提出了一种包含无功预测、无功整定、无功分配的三层新型分散式风电场无功协调控制策略。其中,无功预测层利用物理和统计方法组合预测单台机组未来无功输出能力;无功整定层针对有无无功补偿设备,提出风电机组基于电网无功缺额降出力的自身补偿和多时间尺度协调离散补偿设备、静止无功发生器(SVG)与风电机组共同补偿配电网无功需求方法;无功分配层基于风电功率预测无功功率信息,考虑风速波动性,按照优先级动态筛选风电机组,调节其输出功率以跟踪无功补偿指令。工程算例证明了所提策略可以有效提高电压支撑能力,减小风电场损耗。     

考虑抑制DFIG机群脱网的风电场无功补偿配置新方法

随着大规模风电并网,电网故障情况下风电机群连锁脱网事故严重威胁电网安全稳定运行。为此,从抑制DFIG机群脱网的角度,提出了一种考虑抑制双馈异步风力发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）机群脱网的风电场无功补偿配置新方法。该方法首先以风电场为中心进行无功平衡初步分析,通过无功需求和有功传输之间的定量关系,确定风电场所需要配置的低压电抗器组和低压电容器组容量。然后通过不同负荷方式下风电出力波动和线路N-1运行时的风电场母线电压无功分析,校核初步配置方案对系统静态安全的适应能力。最后,在分析电网故障情况下DFIG机群无功需求特征基础上,通过加入一定容量的静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）来抑制机群脱网,从而使无功补偿方案能满足系统安全运行的要求。该方法已应用到了某省网大容量风电接入220 kV的无功配置专题研究中,在经济和技术上是可行的和有效的。     

电力系统对并网风电机组承受低电压能力的要求

阐述了风电机组低电压穿越原理和相应的控制策略，在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了具有低电压穿越功能的双馈风电机组模型。以某地区电网为例进行仿真计算，并提出了一种确定风电机组低电压穿越参数与要求的方法。通过计算系统中所有母线依次发生短路时风电机组在短路瞬间的机端电压值，在地理接线图中标出了系统中不同母线短路时对风电机组端电压的影响程度，据此给出了风电场低电压穿越功能中的电压限制值。分析结果表明，在某些情况下要求风电机组具有很强的低电压穿越能力是不符合实际的；而在另外一些情况下则必须要求风电机组具有较好的低电压穿越能力，否则会对系统的稳定运行构成威胁。因此，应根据具体接入方案计算风电机组低电压穿越功能中的电压限值。     

双馈风电场自动电压协调控制策略

依据当前风速与电网状态进行实时在线的电压无功控制(VQC)是大型风电场参与系统优化运行、改善局部电网电压水平的关键技术.以风电场自动电压控制(AVC)的3层结构模型为基础,讨论了升压站集中补偿设备和双馈风力发电机的协调控制策略.针对双馈风电场AVC优化,借鉴变电站综合无功控制方法,采用近似线性化方法推导出一种风电场AVC的分区图简化策略,为风力发电机群与集中补偿设备的协调优化提供了一种新型实用化方法.进一步考虑风能随机性与波动性的影响,对分区图策略进行了改进.该改进可显著提高电压合格率,减少设备调节次数.对中国北方某风电场仿真计算验证了所提出的模型与方法的有效性.     

动态无功补偿装置抑制风电汇集地区高电压问题的可行性研究

当大规模风电集中接入弱端电网对,短路故障后会出现高电压的问题,造成风电机组因不具备高电压穿越能力而脱网.运行经验表明高电压穿越问题已经成为风电机组脱网的主要原因.文章从上述问题出发,探索通过风电场普遍配置的动态无功补偿装置抑制高电压的问题,在BPA中搭建了不同动态响应时间的SVC/SVG模型,并对比分析了不同响应时间、不同容量、不同类型的无功补偿装置对抑制高电压的效果.仿真结果表明,适当容量满足标准要求的动态无功补偿装置可以很好地抑制短路故障后的高电压问题,对于提高风电汇集地区无功电压安全水平有明显效果.