2011年我國(不含港、澳、臺)新增風(fēng)電裝機(jī)容量17.63GW，累計裝機(jī)容量62.36GW，繼續(xù)保持全球風(fēng)電裝機(jī)容量第一的地位。至2011年年底，中國有30個省、市、自治區(qū)(不含港、澳、臺)有了自己的風(fēng)電場，風(fēng)電累計裝機(jī)超過1GW的省份超過10個，其中超過2GW的省份9個。到2015年，風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到100GW[1]。
隨著風(fēng)電裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)中的占比越來越大，風(fēng)電波動性給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來了新挑戰(zhàn)[2,3]。
為降低風(fēng)電接入對電網(wǎng)造成的不利影響，電網(wǎng)制定若干風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則，其中要求風(fēng)電場配置無功控制系統(tǒng)使之能夠參與電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)[4]，改善并網(wǎng)點電壓水平。
風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事件分析[5-7]表明：電網(wǎng)電壓跌落擾動容易誘發(fā)機(jī)組脫網(wǎng)，尤其是重載工況下，輕微電壓跌落如跌落0.1(pu)都可誘發(fā)機(jī)組脫網(wǎng)[8]。而大規(guī)模風(fēng)電場中，風(fēng)能分布的時空差異性導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分散，如某49.5MW(58×850kW)風(fēng)電場，機(jī)組間端電壓的最大偏差達(dá)0.07(pu)[9]，接近可誘發(fā)機(jī)組脫網(wǎng)的電壓跌落幅度。因此，降低風(fēng)電機(jī)組端電壓差異，提高風(fēng)電場整體電壓水平是提高風(fēng)電機(jī)組/場聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行安全性的重要途徑。
雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組具有一定的無功調(diào)控能力。但由于機(jī)組往往以單位功率因數(shù)運(yùn)行，機(jī)組無功調(diào)控潛能未被利用，并且由于風(fēng)能的低功率密度特性，大部分時間風(fēng)電機(jī)組均處于輕載狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組無功調(diào)控潛能很大。
目前國內(nèi)外學(xué)者針對風(fēng)電機(jī)組參與風(fēng)電場無功調(diào)控開展了大量研究。文獻(xiàn)[10]提出了一種降低永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組有功出力來增加其無功出力的風(fēng)電場無功電壓控制策略，其中各機(jī)組無功輸出按其有功輸出占比來分?jǐn)偂?/p>
文獻(xiàn)[11]提出一種基于風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)先投切電容器組的風(fēng)電場無功電壓控制策略。文獻(xiàn)[12]提出一種無功電壓實時協(xié)調(diào)控制策略，并建立風(fēng)電場實時協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(RTCCS)。
上述研究聚焦于風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓控制。事實上，為提高風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行安全性，不僅需要對并網(wǎng)點電壓水平進(jìn)行調(diào)控，同時還需改善集電系統(tǒng)電壓水平，特別是需要提升機(jī)端電壓最低機(jī)組的電壓水平以增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組抵御電網(wǎng)擾動能力，進(jìn)而提升整體風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行安全。
本文利用風(fēng)電場集電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)分析的風(fēng)電場無功優(yōu)化控制策略，即根據(jù)電網(wǎng)無功指令，運(yùn)用以網(wǎng)絡(luò)分析為基礎(chǔ)的非迭代方法求得各風(fēng)電機(jī)組的無功參考輸出，通過調(diào)控風(fēng)電機(jī)組無功功率輸出來減小機(jī)端電壓差異，在此基礎(chǔ)上，再利用機(jī)組剩余無功調(diào)控潛能優(yōu)化集電系統(tǒng)電壓水平，此算法簡便、耗時短。
圖1風(fēng)電場集電系統(tǒng)典型接線
結(jié)論
針對風(fēng)電場并網(wǎng)電壓調(diào)控問題，提出了一種通過調(diào)控風(fēng)電機(jī)組無功輸出以改善機(jī)組端電壓分布的均衡性、進(jìn)而改善整個集電系統(tǒng)電壓水平的風(fēng)電場無功電壓控制策略，各風(fēng)電機(jī)組參考無功功率是利用集電系統(tǒng)機(jī)端電壓-注入無功功率特性，根據(jù)電網(wǎng)無功指令基于網(wǎng)絡(luò)分析非迭代直接計算求得，算法簡單、計算速度快.
算例分析結(jié)果表明，在輕載、近滿載工況下，通過優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組無功出力，可使機(jī)端電壓差異性控制在0.001(pu)之內(nèi);在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘機(jī)組無功調(diào)控能力，提升了集電系統(tǒng)電壓水平，降低了集電系統(tǒng)網(wǎng)損，提高了風(fēng)電場聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
