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工业论文发表风电场集电系统及无功补偿设计方法优化的思考
发布时间:2018-06-22 09:51 作者:联盟编辑05 来源:期刊论文投稿网

工业能源技术论文代写

摘 要:结合风电场的运行问题,本文对风电场集电系统及无功补偿设计情况展开了分析,并结合实际提出了风电场集电系统和无功补偿设计方法的优化思路,从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词:风电场;集电系统;无功补偿

0 引言

在风电场中,需要利用集电系统实现风电收集,同时需要通过无功补偿确保风电场稳定运行。但就目前来看,在风电场集电系统及无功补偿设计方面,仍然存在忽略系统运行成本和无功成本等问题,因此还应通过优化原本的设计方法推动风电场的建设与发展。

1 风电场集电系统及无功补偿设计

1.1 集电系统设计

风电场的集电系统用于将风电机组输出的电能按组收集,然后将电能统一送至升压变电站。在设计时,需要对箱式变压器高压侧到升压变压器低压侧的各种因素进行考量,如系统电压等级、机组连接方式、集电线路类型等。其中,线路电压等级将对一次设备费用和有功损耗带来影响,可以采用 10kV 或 35kV 电压,通常采用 10kV 以降低线路损耗和投资成本。机组分组遵循平均分配原则,连接机组最大输出容量需小于单回路输送容量限制[1] 。线路类型包含架空线和电缆两类,线路由多台机组串接而成,输出容量为机组容量和。

1.2 无功补偿设计

风电场具有高集中、大规模的特点,资源分布不均衡,出力不稳定,容易给电网运行带来影响。由于需要实现风电远距离传输和大规模接入,所以通常会给无功平衡、电压稳定带来影响。风电场无功损耗主要来自变压器和集电系统,机组本身具有无功调节能力。在风电场内,集电线路将消耗总容量 3%-6% 的无功功率,变压器则为 10%-15%。各机组无功补偿能力不同,需要结合实际需求进行无功补偿容量补偿。现阶段,风电场采用的是动态无功补偿装置 SVC 和 SVG,在电网发生电压稳定问题时可以快速响应,通过调压维持电网稳定运行。

2 风电场集电系统及无功补偿设计方法的优化

2.1  集电系统优化

从风电场集电系统设计上来看,现阶段风电场常因设备故障出现发电中断问题,以至于售电收入较低,系统可靠性较低。所以在实际进行集电系统设计时,除了考虑一次投资费用和有功损失等因素,还要考虑电压等级、机组连接等因素对系统稳定性的影响。采用正交试验方法进行系统设计优化,即利用正交表进行多因素试验的安排,实现各因子水平的均衡搭配,以得到科学合理的试验结果。在电压等级上,可以设定 A 1 =10kV 和 A 2 =30kV 两个因子,机组连接方面辐射型连接具有多方面优势,考虑实际建设情况不作正交试验因子。在风机分组上,机组数量在 3-8 台之间,可以设置不同分组方案作为因子(D 1 =5×6+3×1,D 2 =3×11,D 3 =8×3+9×1,D 4 =11×3)。 此 外,线路类型(B 1 = 架空线,B 2 = 电缆)、导线截面(C 1 = 单一截面,C 2 =两种截面)、机组横向间距(E 1 =6D,E 2 =6D,E 3 =6D)都可以作为因子。试验时,总装机容量设定为49.5MW,单机1.5MW,以110kV接入电网。假设风电场寿命为 20 年,将机电系统一次成本和运行成本作为试验指标,可以得到表 1,对比实际方案和优化方案,优化方案尽管需要投入更多一次投资成本,但是在风电场生命周期内的运行成本较低,同时有利于扩容,因此可以实现系统优化设计。

2.2 无功补偿优化

风电场采用的无功补偿方法是在站内进行无功补偿设备安装,尽管能够实现无功平衡,集电系统电压不稳问题却无法得到解决。针对这一问题,还要利用变速恒频风电机组的无功调节功能实现无功功率输出,以实现对系统的无功控制。而在系统向风电场并网点进行无功功率注入时,还要确定风电场的无功补偿容量,利用下式(1)进行计算。式中,PW 为风电场输入系统有功功率,RL 为线路电阻,XL 为电抗。根据得到的数值进行无功输入,可以确保系统与风电场实现无功零交换。在风电场无功补偿总量大于所有机组输出无功功率最大值的情况下,需要利用无功补偿设备进行无功补偿,反之则无需设置无功补偿设备。在分析时,箱变容量为 1600kVA,主变容量为 50000kVA,并网长 13km,公共连接点短路容量为 821MW。通过分析可以发现,在负荷变动频度≤ 10 的情况下,可以满足电网电压稳定性要求,只需配置容量为 8.615MVar 的无功补偿设备。在负荷变动频度在 [10,100]范围内,需要保证风电场有功变化不超出额定容量 50% 才能满足电压稳定要求,因此还要配备 0.821MVar 无功补偿设备,并确保设备动态调节容量达到 9.5%。结合风电场实际情况,实际需要完成 18MVar 无功补偿设备的集中配置,由 SVG 和固定电容器组分别占 50%。

3 结论

通过分析可以发现,在风电场集电系统及无功补偿设计方面,目前采用的设计方法仅对一次投资成本进行了考量,忽视了对系统运行成本和无功成本的分析。而通过对系统进行优化设计,并采用优化的无功补偿方案,则能使系统运行成本和无功成本得到降低,继而为风电场带来更多的经济效益。

参考文献:

[1] 严干贵 , 孙兆键 , 穆钢等 . 面向集电系统电压调节的风电场无功电压控制策略 [J]. 电工技术学报 ,2015,30(18):140-146.

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