风电汇集站无功控制方法研究分析

风电汇集站无功控制方法研究分析

沙少川

上海电力设计院有限公司 上海 200025

摘要：伴随着市场经济的不断发展，化石燃料燃烧造成的空气污染问题受到了广泛关注，因此，更多的城市将发展重点落在清洁能源的利用率方面，但是随之而来的是风电并网运行问题，为了提升电压稳定效果，要结合无功功率补偿机制，满足并网标准，共同创设安全、可靠、科学的风电管控平台。

关键词：风电汇集站；无功补偿；稳定裕度；无功优化

为了全面提升无功控制的合理性，要结合仿真模型处理要求，全面分析对应的运行环境和基础情况，并且利用电容器组和SVG电压联合控制的方式以最小影响力为基本原则，打造更加完整的无功控制体系。

一、案例

本文以某地区风电基地为例，借助500kV汇集站完成风电能量输出，汇集站中部分线路采取的是扩大线路变压器组接线处理模式，利用1回500kV线路接入附近500kV变电站的方式进行处理。并且，汇集站内每组变压器远期要安装4组（1组为60Mvar SVG、3组为60Mvar低压电容器组）低压无功设备，实现4座风电场接入汇集站运行体系。为了更好地发挥无功控制处理模式的应用优势，在实际运行中，要结合汇集站单台主变运行标准落实相应工作，并且践行标准化无功控制策略。

二、风电汇集站主变运行分析

在风电场接入时，同一台主变运行状态，并且将风电接入后不影响整个电力系统作为发展目标，确定母线控制目标为225kV，风电场220kV母线目标为225kV。为了满足储备动态无功容量的应用标准，要在全面分析SVG动作状态后，集中了解电容器的投切情况，若是汇集站220kV母线电压不足225kV时完成了电容器的投入，则实际应用数值会随着风电出力的增加完成节点电压处理^[1]。

第一，4座风场母线电压水平均在标准范围内，此时汇集站会形成无功补偿处理机制，风电场吸收无功，则低于系统电压稳定好无功补偿会产生影响。基于此，要适当提高母线控制目标的电压数值。在SVG不动作时，电容器投切处理，并且在风电出力数值增大后，系统的基础节点电压和汇集站应用处于平衡。

第二，各个母线的电压水平若是处于合理范围内，汇集站500kV母线电压水平超出500kV，则风电场220kV母线电压的控制数值超过220kV，此时，SVG投入且电容器形成投切处理。

第三，在汇集站220kV母线的初始电压约为232kV数值时，风电出力参数较大，此时，汇集站向风电场会注入较多的无功功率，见图1。此时，要充分考量风电场的应用情况和具体状态，一般会采取分段控制的方式，结合不同的状态对控制目标予以监管，并且维持综合应用形态的合理性^[2]。然而，在风电满发状态下，风电场的机端电压会超出风电机组机端母线电压正常的数值范围，这就需要结合电压控制目标进行合理性的约束控制，也就是说，在风电场220kV母线控制时，控制目标和汇集站母线电压控制水平要维持一致。

图1：节点电压和汇集站无功补偿曲线

三、风电汇集站无功控制策略

在风电汇集站无功控制工作中，要秉持无功优化的管理理念，发挥对应控制策略的应用优势，打造更加合理且高效的管控平台，实现经济效益和社会效益的和谐统一。

（一）不同组别的控制策略

为了提升风电汇集站无功控制的效率，要针对汇集站中的电容器组和SVG予以联合控制，并且将控制点设定为汇集站中的母线结构，应用电压控制处理模式整合完整的应用运行体系。

一方面，SVG的允许控制死区为±1kV，要严格控制在2kV以下^[3]。

另一方面，汇集站母线的电压参数要结合控制目标进行补偿性无功优先处理，有效维持电容器组投入效果，一直到容性无功补偿工作符合标准。

与此同时，要利用风电接入系统最小影响的处理方针，打造更加合理的电压控制体系，维持无功补偿应用的可靠性。

（二）动态无功补偿装置设置

结合实际应用情况在落实对应工作的过程中，要将动态无功补偿装置控制点作为根本，有效采取目标数值不变的控制方针维持控制机理，从而一定程度上打造良好的应用平台。

第一，若是风电接入前，汇集站中母线的基础电压参数数值不足230kV，则要结合实际情况落实相应的无功补偿处理方案。第一种处理机制就是利用动态补偿装置控制点进行母线电压的并网处理，保证控制目标和汇集站内电容器组、SVG的控制目标均维持一致^[4]。另一种处理机制就是风电场的无功补偿装置控制点要结合实际情况予以动态规划，一旦风电水平较低，补偿装置的控制目标和电容组、SVG控制目标一致。若是风力水平较高，则无功补偿装置的控制目标要优于电容器组、SVG组控制目标，并控制在2kV以内，减少无功功率的损耗。

第二，若是风电接入前，汇集站中母线的基础电压参数数值高于230kV，则系统中动态无功补偿装置控制点就是并网点母线电压，要合理控制目标数值，并且有效避免系统电压参数较高，降低风电机组机端母线电压参数超标的几率。

（三）无功优化控制模式

除了要建立完整的应用运行控制平台，也要整合无功优化控制模式，有效处理对应参数的同时，维持应用流程的完整性，从而确保无功优化的效果符合预期。

第一，进行数据采集滤波处理，主要是结合风电场数据监控平台进行实时性数据库管理，维持优化计算信息的同时，确定优化控制中动态数组的应用模式。与此同时，要读取风电场拓扑参数，确保支路信息、风电机组信息和无功优化控制、并联补偿设备信息等工作内容都能满足无功优化控制要求^[5]。

第二，优化控制计算环节，按照初始化、优化问题基本结构、构建系数矩阵等落实对应的无功补偿处理。

第三，在风电场子站调节工序中，动态无功补偿设备和SVG都要按照并网点电压控制指令予以监管，从而维持风电场并网点控制指令都能在允许的偏差范围数值内，具体流程见图2：

图2：无功优化控制系统流程图

1）主站控制要将电网调度中心作为经济运行的核心，并完成无功优化，其基础性控制作用就是能有效向不同的无功电压控制区完成电压控制参考值 的下发。

2）借助风电场无功优化进行汇集站和风电场子站静态无功调节参考数值 、风电场并网点电压控制参考数值 的处理，保证参考数值跟踪的合理性^[6]。

3）风电场群的无功电压控制要结合分析控制体系的定位要求完成区域分析，从而确保控制目标无功优化计算的合理性。

结束语：

总而言之，要联合电压控制建立完整的风电汇集站无功控制模式，并完善动态无功补偿装置应用效率，满足无功优化的处理要求，依据风电出力水平变化评估具体的策略方案，实现经济效益和社会效益的共赢发展。

参考文献：

[1]邢华栋,任思宇,张爱军,等. 风电汇集站可控高压并联电抗器电压控制策略研究[J]. 内蒙古电力技术,2018,36(4):1-4.

[2]罗宇亮. 风电汇集站无功控制策略研究[J]. 中国设备工程,2017(24):121-123.

[3]李朝阳,王维庆,常喜强,等. 基于风电汇集地区无功源优化控制技术的研究[J]. 电力电容器与无功补偿,2016,37(6):95-99,104.

[4]徐陆飞,王玮,陈天华,等. 基于机会约束规划的风电集群无功电压控制[J]. 电子设计工程,2019,27(12):117-123,128.

[5]李朝阳. 风电汇集地区无功补偿方法的研究[D]. 新疆:新疆大学,2017.

[6]杨硕,王伟胜,刘纯,等. 计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略[J]. 中国电机工程学报,2017,34(28):4761-4769.