鐘才惠

摘? 要：該文介紹了某個海上風電場的建設(shè)規(guī)模和基本情況，采用電網(wǎng)實際負荷數(shù)據(jù)、電網(wǎng)元件實際參數(shù)、參考近區(qū)電源實際出力和風電廠家提供的風電場資料，通過建模仿真搭建諧波源和閃變源模型，根據(jù)風電場連續(xù)運行、切入風速運行和額定風速啟動時不同工況下，分析海上風電接入對電網(wǎng)的電能質(zhì)量影響，判斷諧波、閃變和電壓波動值是否滿足國標限值。

關(guān)鍵詞： 海上風電? 電力仿真? 電能質(zhì)量? 諧波? 閃變? 電壓波動

中圖分類號： TM614? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： This paper introduces the construction scale and basic situation of an offshore wind farm. Using the actual load data of the power grid， the actual parameters of power grid components， referring to the actual output of near area power supply and the wind farm data provided by wind power manufacturers， harmonic source and flicker source models are built through modeling and simulation. According to the different working conditions of continuous operation， cut in wind speed operation and rated wind speed startup of the wind farm， Analyze the impact of offshore wind power access on power quality of power grid， and judge whether harmonic， flicker and voltage fluctuation meet the national standard limits.

Key Words： Offshore wind power; Power simulation; Power quality; Harmonics; Flicker; Voltage fluctuation

能源是人類社會發(fā)展的重要要素，在降低溫室氣體二氧化碳排放已經(jīng)成為全球共識的情況下，作為清潔能源的風能是各國開發(fā)的重點領(lǐng)域之一[1]。海上風電產(chǎn)業(yè)在歐洲已發(fā)展了近30年，目前已成為歐洲最主要的可再生能源發(fā)電形式之一 [2]。我國政府已承諾力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[3]。廣東省強調(diào)要積極發(fā)展海上風電，同時需要加快速度建設(shè)開發(fā)近海風電場，此舉對支撐當?shù)亟?jīng)濟穩(wěn)定快步發(fā)展起到十分重要的意義。

1研究對象基本情況

以廣東省某個海上風電項目作為海上風電研究對象，該風電場規(guī)劃裝機容量為500 MW，年上網(wǎng)電量為1 538 GWh，年等效滿負荷小時數(shù)為3 056 h，計劃于2021年底投產(chǎn)完畢。該風電場主要由風機、海上升壓站、陸上升壓站、送出海纜和集電海纜等部分組成，升壓到500 kV后接入電網(wǎng)。

2研究方法簡述

近年來，風力發(fā)電技術(shù)取得了長足的發(fā)展與進步，但仍存在許多問題有待進一步研究和探討[4]。風能存在的間歇性和不確定性等問題，也使得高滲透率的入網(wǎng)風電對電網(wǎng)帶來的沖擊越來越大[5]。由于DIgSILENT/PowerFactory軟件具備非常優(yōu)秀的功能與特性，因此使用DIgSILENT/PowerFactory軟件研究發(fā)電機組并網(wǎng)測試問題擁有一定的優(yōu)勢[6]。該項目提取南網(wǎng)BPA數(shù)據(jù)庫中元件參數(shù)，收集風電場項目近區(qū)電網(wǎng)實際運行負荷和電源出力數(shù)據(jù)，在DIgSILENT PowerFactory中研究搭建電網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)，并調(diào)整好電網(wǎng)運行方式，風電場模型以委托方提供的風電場資料為依據(jù)，對風電場的諧波源和閃變源建模，根據(jù)風電場連續(xù)運行、切入風速運行和額定風速啟動時不同工況下，分析計算風電場注入電網(wǎng)PCC節(jié)點閃變、電壓波動值、諧波電壓和諧波電流，并判斷是否滿足國標限值。

3研究內(nèi)容

通過國標要求和換算，該風電場的電壓波動限值按1.5%，閃變限值為0.8[7]。奇次電壓限值為1.6%，偶次諧波電壓限值為0.8%，電壓總諧波畸變率限值為2.0%，諧波電流限值見表1[8]。

通過仿真計算，連續(xù)運行情況下陸上升壓變500 kV側(cè)產(chǎn)生的閃變值為PstΣ=PltΣ=0.00523，傳遞到PCC的閃變值為PstΣ=PltΣ=0.00358;切入風速啟動時，陸上升壓變500 kV側(cè)產(chǎn)生的長時間閃變值為PltΣ=0.00742，短時間閃變值為PstΣ=0.00773;傳遞到PCC產(chǎn)生的長時間閃變值為PltΣ=0.00508，短時間閃變值為PstΣ=0.00529;額定風速啟動時，陸上升壓變500 kV側(cè)產(chǎn)生的長時間閃變值為PltΣ=0.00364，短時間閃變值為PstΣ=0.00379;傳遞到PCC產(chǎn)生的長時間閃變值為PltΣ=0.00249，短時間閃變值為PstΣ=0.00259，對比國標關(guān)于閃變限值的規(guī)定可知，該風電場內(nèi)的風電機組處于不同工況運行時所產(chǎn)生的閃變值是可以接受的。

根據(jù)仿真計算結(jié)果計算結(jié)果可知，在切入風速時啟動時風電場引起PCC節(jié)點產(chǎn)生的電壓波動值為0.005%;在額定風速時啟動時風電場引起PCC節(jié)點產(chǎn)生的電壓波動值為0.023%，滿足標準電壓波動小于1.5%的要求。

通過對比表2和表3中的最大諧波電流和經(jīng)過換算的諧波電流允許值可以看出，風電注入PCC節(jié)點處可能產(chǎn)生的各次諧波電流最大值均遠小于對應(yīng)的諧波電流限值。圖1給出了風電產(chǎn)生的諧波電流注入后，PCC節(jié)點的電壓波形以及各次諧波電壓含有率。同時，仿真計算表明，PCC節(jié)點的諧波電壓總畸變率為0.168%。PCC節(jié)點諧波電壓含有率較大值的諧波次數(shù)為2、4和7次，諧波電壓畸變率分別為0.047%、0.11%和0.075%，PCC節(jié)點的諧波電壓畸變率和電壓總畸變率均未超出國標規(guī)定的范圍。

3結(jié)論和建議

該項目的建設(shè)能有助于開發(fā)廣東海上風能資源，提高地區(qū)能源供應(yīng)能力，有利于緩解電力工業(yè)的環(huán)保壓力，助力地區(qū)經(jīng)濟的低碳持續(xù)發(fā)展，社會效益顯著。不論何種類型風力發(fā)電機組，發(fā)電機本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電流的真正來源是風力發(fā)電機組中的電力電子變流環(huán)節(jié)。根據(jù)委托方提供的風力發(fā)電機組諧波電流實測數(shù)據(jù)，通過搭建電網(wǎng)模型并仿真計算不同運行工況下，該風電場并網(wǎng)運行引起的閃變和電壓變動均在國標允許限值內(nèi)。該風電場運行過程中PCC節(jié)點產(chǎn)生的各次諧波電流注入均在國標的允許范圍內(nèi)。

參考文獻

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