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风电场无功补偿计算方法与容量配置的研究(1)

北极星电力网技术频道    作者:朱洪波,宋颖巍,刘岩,李华   2012/7/30 14:48:00   

  所属频道:  风力发电    关键词:  风电场 无功补偿容量 金风科技

摘要:以辽宁省阜新已投运的华能阜北风电场无功补偿计算为实例,通过箱式变压器、集电线路、升压变压器和风电送出线路的无功计算得到风电场的无功损耗,再结合风电场自身的无功出力情况以及电网的结构特点研究风电场无功补偿计算的方法以及无功补偿容量的配置原则。把理论计算的无功补偿结果与实际运行中的风电场投运的无功情况进行比较,验证无功补偿计算方法的正确性,同时提出根据电网结构的特点考虑在系统侧补偿无功的建议,以指导风电场并网工程中升压站内的无功配置。

0引言

关于风电场的无功补偿在很多标准中均有规定。《风电场接入电网技术规定Q/GDW392-2009》[1]5.2中规定:通过风电汇集升压站接入公共电网的风电场,其配置容性无功补偿容量能够补偿风电场满发时送出线路上的无功损耗;其配置感性无功补偿容量能够补偿风电场空载时送出线路上的充电功率。《电力系统无功补偿配置技术原则(Q/GDW212-2008)》[2]9.2中规定:风电场无功补偿装置容量总和不小于风电装机容量的30%~50%,风电场内集中无功补偿容量不低于风电场无功补偿装置容量的40%~60%,或经计算分析得出。文献[3-4]对风电场的无功补偿做了理论上的探讨,但没应用到工程实际。虽然以上这些规定中对风电场的无功补偿做了一些原则性的规定,但在风电场的无功补偿具体计算方面一直没有做出明确的规定。风电场的无功补偿容量不足,会从电网中吸收无功造成电压降低,同时由于功率因数问题,风电场也会受到电网的罚款;风电场的无功补偿容量特别是动态无功补偿容量过大,会造成风电场的运行费用高或者设备长期闲置,容易锈蚀老化。本文从风电场的无功损耗出发,以实例进行风电场的无功补偿具体计算,并具体分析无功补偿容量的合理配置原则,与实际运行相比较,得出结论,以指导风电场并网的无功配置。

1风电场无功损耗构成

风电场的无功损耗主要由4部分构成:

①箱式变压器:箱式变压器将风机的电压由690V升压到10kV或35kV,一台风机对应一台箱式变压器,750kW的风机一般选择800kVA的箱变。

②集电线路:风机的电力经过箱式变压器升压后通过集电线路将电力送至风电场升压站,一般一个50MW的风电场要通过3回以上的35kV线路将电力送至升压站主变压器的低压侧。

③升压变压器:风电场升压站内升压变压器将集电线路送来的电力升压后送出,66kV和110kV主变一般选用50MVA、100MVA,220kV主变一般选用100MVA、150MVA,330kV主变一般选用240MVA。

④风电场送出线路:升压变压器将风电电力升压后经送电线路接入电力系统。

2风电场无功损耗计算

以华能阜新阜北风电场为例进行无功损耗计算。阜新阜北风电场总装机容量为300MW。风电场采用大连重工起重集团公司生产的单机容量1500kW风电机组,装机200台,风机功率调节采用变速、变桨方式,发电机类型采用双馈异步发电机。阜北风电场建设两个220kV升压站,分别为中心升压站和东区升压站,两个升压站用一回11.5kmLGJ-300型号的220kV送电线路连接,然后经过50km220kV送点线路接入松涛220kV变电站,如图1所示;风电场电气主接线如图2所示。

式中:XT*为变压器电抗的标幺值;XT为变压器电抗的有名值;ΔQT为变压器的无功损耗;Se为变压器额定容量;Sj为系统基准功率(MVA);Ue为额定电压;Uj为基准电压;P和Q分别为通过变压器的有功功率和无功功率;n为变压器并列运行的台数,本例中n为1。计算风机满发情况下箱式变压器的损耗,P=1500kW,Q=0kVar,Ue=Uj=35kV,Sj=100MVA,Se为1.6MVA,I0%=0.9,Uk%=4.5,经过计算风机满发时,单台箱式变压器的无功损耗为77.68kVar。

阜北风电场总计200台1500kW的风力发电机组,200台箱式变压器的总无功损耗为15.536MVar。

2.2 35kV集电线路损耗

阜北风电场35kV集电线路总共18回,总长度61.2km,见表1所示。对于一个50MW的风电场来说,如果送电线路3~5回35kV集电线路可以精确计算每条集电线路的损耗,而对于一个百万或者千万基地的风电场,精确计算每条集电线路的无功损耗过于烦琐,这里介绍无功损耗的估算方法。阜北风电场共18回集电线路,每回集电线路平均输送有功功率16.7MW,每回集电电路平均长度为3.4km。

P=16.7MW,Q 取0,X 为3.4km35kV导线截面为LGJ-120型导线的电抗,X=1.29Ω。经过计算每回集电线路的平均无功损耗为0.293MVar,阜北风电场的集电线路总计无功损耗为5.27MVar。

来源:《现代电力》
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