大规模新能源汇集站的动态无功补偿配置.pdf
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1、随着风电、光伏大规模开发和利用,受到送出通道资源及能力的限制,需要采用汇集站的方式将多个新能源场站统一汇集后接入电网,但是大规模新能源的汇集送出面临着潮流波动较大、谐波畸变严重、无功电压控制困难等一系列问题。为了解决这一突出的工程困难,本文结合实际工程,开展在新能源汇集站增加动态无功补偿装置的配置研究、策略制定、谐振的风险分析,研究成果为新能源汇集站的无功补偿配置提供指导作用。关键词:新能源汇集站;动态无功补偿;电压波动Resean Dynamic Reactive Power Compensation Configuration of Large-Scale New Energy Colle
2、ction StationsLi Junjie1,Wan Hangyu1,Fu Junbo2,Fu Yalu1(1.Yunnan Electric Power Design Institute Co.,Ltd.Kunming 650000,China;2.Nanjing Nanrui Jibao Engineering Technology Co.,Ltd.Nanjing 210000,China)Abstract:With the development and utilization of wind power and photovoltaic,the power grid transmi
3、ssion channel resources and capacity are limited,the power grid adopts the method of large-scale collection of stations to integrate multiple new energy stations into the power grid.However,the large-scale collection and transmission of new energy is faced with a series of problems,such as intensifi
4、ed power flow fluctuation,serious harmonic distortion,and difficulties in reactive power and voltage control.For practical projects,this paper studies the configuration research,strategy formulation,and risk analysis of resonance of adding dynamic reactive power compensation devices in new energy ga
5、thering stations.The research results provide guidance for reactive power compensation allocation of new energy gathering stations.Key words:New energy gathering station;Dynamic reactive power compensation;Voltage fluctuation中图分类号:TM74文献标识码:B文章编号:1006-7345(2023)04-0016-060前言目前大规模开发的风电和光伏,普遍采用220 kV
6、线路接入电网,面临着输送能力不足、潮流控制困难、电压波动较大的问题,因此大规模新能源通过 220 kV 线路汇集后进一步升压至 500 kV 主网,可以较好解决线路输送能力受限的问题。但大规模新能源的汇集送出面临着潮流波动加剧、谐波畸变严重、无功电压控制困难等一系列新问题。以某 500 kV 汇集站为例,汇集的新能源主要是光伏电站,初期汇集新能源规模为 1530 兆瓦。光伏电站受光照条件的影响,存在短时间内功率大幅度波动变化的特点,势必会引起汇集站的电压、功率大范围波动,如果仅仅通过投切电容电抗器参与调节电压,会造成电容电抗器频繁动作,对开关的寿命有较大影响,同时风光汇集站有大量电力电子变流器
7、的接入,可能存在谐波问题。因此,对于大规模风光汇集站的无功补偿问题,仅考虑电容电抗器的配置方案,难以实现电压的频繁调节、谐波的有效治理。基于新能源的特点,需要研究在汇集站配置一定比例的 STATCOM 装置。1STATCOM的基本原理和作用STATCOM 是 一 种 并 联 型 无 功 补 偿 的FACTS 装置,通过改变输出电压来调节其输出无功功率,可以等效为一个可控的电流源,最大容性或最大感性输出电流不依赖系统电压。因此具有更出色的性能和更优越的应用灵活性。17第 51 卷2023 年第 4 期大规模新能源汇集站的动态无功补偿配置在电力系统中,并联无功补偿的主要作用是控制调节注入电网的无功
8、功率,来改善电网运行特性,达到提高系统稳定性和传输能力以及改善电能质量的目的。STATCOM 作用为:1)提供动态无功支撑,稳定故障后母线电压。2)提高系统电压暂态稳定性能。3)作为站内无功系统的子系统,参与电网无功和电压控制。4)提供阻尼控制,抑制电网功率振荡。5)利用部分无功功率参与电网的稳态调压。2新能源汇集站STATCOM的配置研究2.1满足站内无功平衡的需求500 kV 汇集站通过多回 220 kV 线路将光伏发电站汇集到主变中压侧。500 kV 汇集站分期建设,初期建设两台 1000 MVA 主变,终期规模主变容量为 41000 MVA。电压等级为525/220/35 kV,采用三
9、相自耦无载调压变压器。汇集站接入系统方案如图 1 所示。图1变电站接入系统方案示意图汇集站近区 500 kV 变电站感性无功平衡见表1所示,汇集站容性无功平衡计算见表2所示。容性无功平衡计算按 2 台 1000 MVA 主变终期新能源上网 2000 MW 计算无功消耗。通过感性无功平衡计算可知,考虑汇集站近区变电站和出线已有高抗及低抗配置后,感性无功补偿度已超过 100%,满足规程规范要求,无需新增低抗或高抗。表1汇集站近区感性无功平衡计算 充电无功(容性)线路导线截面/mm2单回线路全长/km回路数充电功率/MVAr线路1(一半)63001702260线路2630017126线路3(一半)6
10、3001592243线路4(一半)463016219线路5(一半)63001202183容性无功合计731无功消耗(感性)线路/变电站高抗容量/MVAr低抗容量/MVAr无功消耗/MVAr线路3(近端)210191线路1(近端)240219线路5(近端)360328接入站母线高抗120109接入站06060感性无功合计907补偿度124%备注:高抗容量基准电压为 550 kV,无功消耗折算至 525 kV表2汇集站容性无功平衡计算 序号项目规模/MVA1主变无功消耗3062仁和光辉线路无功消耗543仁和光辉线路一半充电功率204无功消耗合计340通过汇集站容性无功平衡计算,汇集站至少需要配置
11、340 MVAr 电容器组。按常规输变电工程电容器分组,500 kV 汇集站 35 kV 侧初期需配置 660 MVAr 低压电容器组,即每台主变下配置 360 MVAr 低压电容器。2.2满足站内电压波动需求根据研究区域内已投运的光伏统计,光伏小时级最大功率波动率为 60%。大型光伏基地建成后,在日内高峰时段,光伏表现特征应该与已投运的光伏统计结果一致。新能源汇集站无功补偿采用恒功率因数控制方式,功率因数设定 1。汇集站未投入无功补偿装置时,新能源出力 153060%=918 MW,汇集站 500 kV 侧电压水平在 540 kV 左右。若光伏出现 60%的功率波动,则汇集站 500 kV
12、侧电压波动如图 2 所示。可以看出:在光伏出力 60%波动过程中,18云南电力技术第 51 卷2023 年第 4 期汇集站 500 kV 母线最高电压为 1.052p.u.(基准值 525 kV),对应电压 552.3 kV,超过了国标对 500 kV 母线正常运行电压范围的要求(500550 kV)。即便 500 kV 汇集站采用有载调压变压器,500 kV 侧电压难以恢复,仅对220 kV 侧电压调节有作用。图2光伏60%功率波动时,汇集站500 kV电压波动曲线汇集站低压侧安装 STATCOM 装置时,通过 STATCOM 配置容量的计算,STATCOM 标称容量 260 MVAr 可以
13、实现无功电压的实时动态调节,较好抑制汇集站 500 kV 母线电压的波动。2.3满足新能源场站暂态过电压需求新能源汇集站通过 500 kV 单回线与电网连接,现分析该单回线发生瞬时性故障对送端新能源的电压影响。在电磁暂态仿真程序 PSCAD/EMTDC 中搭建含光伏和 STATCOM 装置的详细模型,0.1s时单回线(图 1 的线路 2)发生 A 相瞬时性故障,0.2 s 时该线路 A 相两侧开关跳开。假设送端光伏电站的过电压闭锁功能不投(光伏电站为了保护设备本体,会在电压达到 1.3 p.u.以上时,迅速闭锁逆变器,功率输出降为 0),见图 3 所示。可以看出:单瞬故障过程中,500 kV
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