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        風(fēng)電場(chǎng)功率調(diào)節(jié)能力和電能質(zhì)量測(cè)試及分析

        2013-10-11 02:58:52張明江師廣志
        黑龍江電力 2013年1期
        關(guān)鍵詞:網(wǎng)點(diǎn)風(fēng)電場(chǎng)電能

        張明江,師廣志,任 強(qiáng)

        (黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱150030)

        風(fēng)電的大規(guī)模接入對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力、電壓控制特性及電能質(zhì)量提出較大挑戰(zhàn),電能質(zhì)量的低劣導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)無法正常運(yùn)行的事件屢有發(fā)生[1-3]。而且,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障造成并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí),風(fēng)電機(jī)組會(huì)自動(dòng)脫網(wǎng),造成電網(wǎng)電壓和頻率的崩潰,嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,也限制了風(fēng)力發(fā)電清潔能源的應(yīng)用。因此,為了保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,本文以黑龍江省某風(fēng)電場(chǎng)為例,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率變化、無功功率調(diào)節(jié)能力和電能質(zhì)量進(jìn)行了測(cè)試,并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。

        1 風(fēng)電場(chǎng)介紹

        風(fēng)電場(chǎng)位于黑龍江省東南部,所處區(qū)域?qū)俸疁貛Т箨懠竟?jié)風(fēng)氣候,風(fēng)資源較好??傃b機(jī)容量為99.6 MW,共安裝54臺(tái)電機(jī)容量為 1.8 MW 和

        2 MW的丹麥維斯塔斯V90型風(fēng)電機(jī)組,配套建設(shè)一座220 kV升壓站,接入系統(tǒng)變電所并網(wǎng)。在風(fēng)電場(chǎng)的35 kV側(cè)安裝有額定容量為12 MVA的濾波電容器和額定容量為6 MVA的SVG,主接線示意圖如圖1所示。測(cè)試期間,濾波電容器因故障退出運(yùn)行,SVG正常運(yùn)行,風(fēng)機(jī)全部正常運(yùn)行。

        圖1 風(fēng)電場(chǎng)主接線示意圖

        表1 風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)有功功率0.2 s平均值 kW

        2 測(cè)試分析

        測(cè)試地點(diǎn)為風(fēng)電場(chǎng)升壓站220 kV出線,測(cè)試儀器為奧地利公司DEWE5000數(shù)據(jù)采集儀。測(cè)試內(nèi)容包括:風(fēng)電場(chǎng)有功功率變化測(cè)試、風(fēng)電場(chǎng)無功功率調(diào)節(jié)能力測(cè)試和風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量測(cè)試。測(cè)試期間風(fēng)速變化和有功功率變化如圖2和圖3所示。

        圖2 測(cè)試期間風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速變化

        圖3 測(cè)試期間風(fēng)電場(chǎng)三相總有功率變化

        2.1 有功功率變化測(cè)試

        2.1.1 風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行工況

        1)有功功率0.2 s平均值。風(fēng)電場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行時(shí),在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)采集三相電壓和三相電流,采樣頻率不低于800 Hz。輸出功率從0至額定功率的100%,以10%的額定功率為區(qū)間,每個(gè)功率區(qū)間、每相至少應(yīng)采集風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)5個(gè)10 min時(shí)間序列瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流值的測(cè)量值;通過計(jì)算得到所有功率區(qū)間的風(fēng)電場(chǎng)有功功率的0.2 s平均值。風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)有功功率0.2 s平均值測(cè)試結(jié)果如表1所示。

        2)1 min和10 min有功功率變化。以測(cè)試開始為零時(shí)刻,計(jì)算零時(shí)刻至60 s時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率最大值和最小值,兩者之差為1 min有功功率變化;同樣計(jì)算0.2 s至60.2 s時(shí)間段內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率最大值和最小值,得出1 min有功功率變化,依此類推,計(jì)算出1 min有功功率變化,測(cè)試結(jié)果如表2所示。10 min有功功率變化的計(jì)算方法與1 min有功功率變化的計(jì)算方法相同,測(cè)試結(jié)果如表3所示。

        由表2和表3可以看出,風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行情況下,1 min和10 min有功功率變化滿足標(biāo)準(zhǔn)[4]要求。

        2.1.2 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)工況

        當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率達(dá)到或超過額定容量的75%時(shí),切除全部運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組;之后風(fēng)電場(chǎng)重新并網(wǎng),此時(shí)為測(cè)試開始零時(shí)刻,用與正常工況相同的方法計(jì)算出1 min和10 min的有功功率變化,測(cè)試結(jié)果如表4所示。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)時(shí)有功功率曲線如圖4所示。

        表2 正常運(yùn)行情況下風(fēng)電場(chǎng)1 min有功功率變化MW

        表3 正常運(yùn)行情況下風(fēng)電場(chǎng)10 min有功功率變化MW

        表4 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)情況下1 min和10 min有功功率變化 MW

        圖4 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)時(shí)有功功率曲線

        2.1.3 風(fēng)電場(chǎng)正常停機(jī)工況

        當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率達(dá)到或超過風(fēng)電場(chǎng)額定容量的75%時(shí),切除全部運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組,此時(shí)為測(cè)試開始零時(shí)刻,用與正常工況相同的方法計(jì)算出1 min和10 min的有功功率變化,測(cè)試結(jié)果如表5所示。風(fēng)電場(chǎng)正常停機(jī)時(shí)有功功率曲線如圖5所示。

        2.2 風(fēng)電場(chǎng)無功功率調(diào)節(jié)能力測(cè)試

        設(shè)置風(fēng)電場(chǎng)按照并網(wǎng)點(diǎn)電壓恒定方式運(yùn)行,在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)采集三相電壓和三相電流,采樣頻率不小于800 Hz。輸出功率從0至額定功率的80%,以額定功率的10%為區(qū)間,每個(gè)區(qū)間至少收集10個(gè)1 min有功功率和無功功率數(shù)據(jù)系列。計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)輸出有功功率和無功功率,其有功功率和無功功率為1 min平均值,測(cè)試結(jié)果如表6所示。風(fēng)電場(chǎng)的無功功率、有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線如圖6-圖13所示。

        表5 風(fēng)電場(chǎng)正常停機(jī)情況下1 min有功功率變化MW

        圖5 風(fēng)電場(chǎng)正常停機(jī)時(shí)有功功率曲線

        表6 有功功率和無功功率的1 min平均值

        圖6 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(0~10%)

        圖7 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(10%~20%)

        圖8 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(20%~30%)

        圖9 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(30%~40%)

        圖10 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(40%~50%)

        圖11 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(50%~60%)

        圖12 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(60%~70%)

        圖13 風(fēng)電場(chǎng)無功功率和有功功率相對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化曲線(70%~80%)

        由文獻(xiàn)[5]可知,當(dāng)公共電網(wǎng)電壓處于正常范圍內(nèi)時(shí),風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)當(dāng)能夠控制風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在額定電壓的97%~107%。即對(duì)于220 kV電壓等級(jí),風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)當(dāng)能夠控制風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在213.4~235.4 kV。

        由圖6~圖13可以看出,風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行情況下,在0~80%的有功功率范圍內(nèi),均可以保證并網(wǎng)點(diǎn)電壓在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

        2.3 風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量測(cè)試

        2.3.1 諧波測(cè)試

        1)背景諧波測(cè)試。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組全部停機(jī)時(shí),測(cè)試背景電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓和間諧波電壓,測(cè)試周期為24 h,測(cè)試結(jié)果如表7所示。

        表7 背景主要諧波電壓和間諧波電壓

        2)正常運(yùn)行諧波測(cè)試。風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行時(shí),測(cè)試諧波電流、電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓和間諧波電壓,測(cè)試結(jié)果如表8和表9所示。

        表8 正常運(yùn)行時(shí)各次諧波電壓和間諧波電壓

        由表8和表9可以看出,風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行情況下,所產(chǎn)生的5、7、11和13次諧波電流超出國家標(biāo)準(zhǔn)[6]規(guī)定的允許值要求,間諧波電壓滿足國標(biāo)[7]限值要求。

        表9 正常運(yùn)行時(shí)各次諧波電流

        2.3.2 閃變測(cè)試

        1)背景閃變測(cè)試。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組全部停機(jī)時(shí),測(cè)試背景長時(shí)間閃變值Plt0,測(cè)試周期為24 h,測(cè)試結(jié)果如表10所示。

        表10 背景長時(shí)間閃變值Plt0

        2)正常運(yùn)行閃變測(cè)試。風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行時(shí),測(cè)試長時(shí)間閃變值Plt1,測(cè)試結(jié)果如表11所示。

        表11 正常運(yùn)行時(shí)長時(shí)間閃變值Plt1

        根據(jù)文獻(xiàn)[4,8]的規(guī)定,波動(dòng)負(fù)荷單獨(dú)引起的長時(shí)間閃變值為

        式中:Plt2為波動(dòng)負(fù)荷單獨(dú)引起的長時(shí)間閃變值;Plt1為波動(dòng)負(fù)荷投入時(shí)的長時(shí)間閃變測(cè)量值;Plt0為背景閃變值,是波動(dòng)負(fù)荷退出時(shí)一段時(shí)期內(nèi)的長時(shí)間閃變測(cè)量值。測(cè)試結(jié)果如表12所示。

        表12 風(fēng)電場(chǎng)單獨(dú)引起的長時(shí)間閃變值Plt2

        由表12可以看出,正常運(yùn)行情況下,風(fēng)電場(chǎng)單獨(dú)引起的長時(shí)間閃變值滿足國家標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定限值要求。

        3 結(jié)束語

        通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的測(cè)試,掌握了風(fēng)電場(chǎng)的有功功率特性、無功調(diào)節(jié)能力和電能質(zhì)量等參數(shù),同時(shí),在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)諧波電流超標(biāo),因此,建議將濾波電容器檢修后盡快投入運(yùn)行或改變SVG的控制策略,使其具有有源濾波的功能,務(wù)必使電能質(zhì)量合格,保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        [1]張鵬,趙喜,尹柏清,等.大規(guī)模運(yùn)行風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事故調(diào)查分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2010,28(2):1-4.

        [2]馬昕霞,宋明中,李永光.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及其對(duì)電能質(zhì)量的影響[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2006,22(3):283-286.

        [3]顧力,曹文,奚永巍,等.對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估[J].供用電,2011,28(1):71-72.

        [4]國家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn) Q/GDW 630-2011風(fēng)電場(chǎng)功率調(diào)節(jié)能力和電能質(zhì)量測(cè)試規(guī)程[S].

        [5]國家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn) Q/GDW 392-2009風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定[S].

        [6]國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14549-1993電能質(zhì)量.公用電網(wǎng)諧波[S].

        [7]國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 24337-2009電能質(zhì)量.公用電網(wǎng)間諧波[S].

        [8]國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 12326-2008電能質(zhì)量.電壓波動(dòng)和閃變[S].

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