风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化的制作方法

文档序号:9329609阅读:835来源:国知局
风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及滤波及无功补偿技术领域,具体指一种风电场滤波及无功补偿装置的 设计和无功优化。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种可再生、无污染、能量大、前景广的能源。越来越受到世界各国的重 视。其蕴量巨大,全球的风能约为2. 74X 109MW,其中可利用的风能为2 X 107MW,比地球上 可开发利用的水能总量还要大10倍。2015年,中国风电已超核电成为第三大主力电源。
[0003] 在国内,风电场(包括已运行的和正在建设的),一般工程装机总容量为50MW左右, 也有达到KKMff的,风力发电机已广泛采用永磁直驱型发电机。目前较多见的单台功率 在2丽以上,风场一般总装机数为25 (50)台。风电场升压变电站主变一般容量为50MVA (100MVA或以上容量),电压一般为110/35kV,容量分别是50 (100) /MVA,滤波及无功补偿 装置一般采用SVG型滤补偿成套设备,安装容量为10 (20)MVar,其中可含有单调谐滤波及 无功补偿支路(5次、7次、11次等),基波补偿容量5 (10)MVar,SVG装置的基波无功输出 为-5 (10) M~+5 (IO)MVar ;滤波及无功补偿成套设备可滤除3、5、7、11、13次及以上的谐 波,其基波无功输出范围是-10 (20)MVar ~ +5 (10)MVar。根据国家电网规定:风电场并 网的功率因数必须达到0. 90以上,IlOkV线路的电压偏差在-3~+7%之间。图1为风电场 低电压穿越要求曲线图,根据风力发电机低电压穿越的要求,在电力系统故障发生导致电 网电压发生跌落时,要求风力发电机可以在规定的条件下不脱网运行,同时,滤波及无功补 偿装置应具备提供规定的动态无功支撑的能力。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足,提出一种风电场滤波及无功 补偿装置的设计与系统的电压无功优化控制。
[0005] 本发明根据国家电网规定:风电场并网的功率因数必须达到0. 90以上,IlOkV线 路的电压偏差在-3~+7%之间。以及风力发电机低电压穿越的要求,在电力系统故障发生 导致电压跌落时,要求风力发电机可以在规定的条件下不脱网运行,同时,滤波及无功补偿 装置应具备提供规定的动态无功支撑能力等要求,分为两大部分:补偿装置的无功设计和 风电场系统的电压无功优化。
[0006] 补偿装置的设计包括: 第一步,根据电网对风电场并网运行的动态无功支撑能力的要求,计算系统的动态无 功需求: 发生电压跌落时,风电场须注入电网的动态无功电流 It ^ I. 5 X (0. 9 - UT) In ; 0· 2 刍 Ut 刍 0· 9 (1-1) 式中:UT -风电场并网点电压标幺值; In -风电场并网变压器的额定电流。
[0007] 系统所需的动态无功电流须由SVG装置部分提供,因此滤波及无功补偿装置中的 静止无功发生器的安装容量应大于或等于(1-1)式计算得出的最大容量。
[0008] 第二步,在最低电压跌落状态下应该输入系统的无功支撑电流计算 其公式:
[0009] 若无功补偿后,系统电压g的偏差范围超出允许的范围,则按下列情况采取相应 的技术方案: a.若补偿后过电压在允许范围内,补偿后欠电压超出允许范围,则应适当提高补偿后 的平均功率因数Pg,按(1-2)、( 1-3)和(1-4)重新计算,直到满足要求。
[0010] b.若补偿后欠电压在允许范围,补偿后过电压超出,则应适当降低补偿后的平均 功率因数_,按(1-2)、( 1-3)和(1-4)重新计算,直到满足要求。
[0011] 经反复计算所得的基波无功需求量并留有不少于1〇~20%的余量(不过补)即可 作为滤波及无功补偿装置的基波无功补偿容量。
[0012] 对照系统的动态无功需求,可得出SVG装置的安装容量。
[0013] 系统的无功优化包括: 第一,控制系统条件设定 A.主变各发电机组接入点的电压趋近于完全相等和主变各发电机组接入点的功率因 数趋近于完全相等; 众所周知,控制系统要能够调节风力发电机组的运行状态,实现单机差异化运行参数 调控,保证在主变接入点的电压正好平衡,由于接入电缆长度不等(发电机组与升压站之间 距离不相等)产生的电压差异,这样可以最大限度地减少发电机组之间的环流,进一步达到 节能的目的;要实现这一要求,则必须对发电机组的运行参数进行优化计算,并实现实时单 控和群控。
[0014] B.在主变压器与电网的接入点,电能质量应等于或高于电网的并网要求。
[0015] 同时,控制系统还需要对主变压器和滤波及无功补偿装置进行实时调控,以确保 与系统接入点的电能质量完全满足或者高于系统的要求。
[0016] 第二,电容器FC调谐支路投切判据的计算 目前,滤波及无功补偿装置的FC调谐支路为手动投切方式,为保证现场操作人员能够 正确执行投切操作,现提供几种投切门限值计算判据: A.谐波治理 如果风电场的谐波超限,则应投入FC调谐支路,加大谐波通流能力,以利有效吸收风 机产生的谐波电流; B.无功需求 风电场的无功功率超过SVG装置的无功输出能力时,则必须投入FC调谐支路以补偿系 统的无功,并提尚功率因数。
[0017] C.电压调节 在一些特定情况下,如果系统电压超过限定值,可以利用投切SVG装置和FC调谐支路 来调节系统电压,如果不投FC调谐支路,让SVG装置发出正无功(感性无功)则可以降低系 统电压(一般可降1%_5%之间,具体须计算),如果让SVG装置发出负无功(容性无功)或投入 FC调谐支路,则可提高系统电压(一般可升高1%-5%之间,具体须计算)。
[0018] D.节能要求 如所周知,SVG装置是有源动态滤波及无功补偿装置,FC调谐支路是属于无源滤波及 无功补偿装置,在通常情况下,SVG装置的耗能要远大于FC调谐支路装置,所以,为了达到 最佳的节能效果,应该选择最合适的FC调谐支路的投切点,在满足谐波治理和无功补偿的 前提下达到最好的节能效果。
[0019] 投切判据计算 SVG装置的常规耗电主要是风机冷却装置及可控硅的发热损耗,一般规定为装机容量 的1%以下,FC调谐支路的耗电主要是电抗器和电容器的电阻损耗,一般电抗器的损耗是安 装容量的1.5%以下。
[0020] 如上所述,本发明根据电力系统对风电场并网的特定要求,提出了一种新的无功 补偿设计和系统电压无功优化控制的思路,可有效优化风电场谐波治理和无功补偿装置的 设计与控制,减少风电厂运行过程中的电压环流和无功环流,提高风机的发电效力,节约能 源。
【附图说明】
[0021] 图1为风电场低电压穿越要求曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述: 实施例,某一期工程总装机容量为50MW,风力发电机为中国湘电生产的永磁直驱型发 电机,单台功率2丽,装机25台,现已投运21台。
[0023] 该风电场升压站主变采用3圈型变压器,容量50MVA,电压为110/10. 5/35kV,其 中中压绕组为滤波及无功补偿专用绕组,各绕组容量分别是50/12/50MVA,滤波装置采用 IOkV滤波及无功补偿成套设备,安装容量为lOMVar,其中FC为5次、7次和11次单调谐支 路,基波补偿容量5MVar,SVG装置的基波无功输出为-5M~+5 MVar;滤波成套设备可滤 除3、5、7、11、13次及以上的谐波,其无功输出范围是-IOMVar~+5 MVar。
[0024] 系统最小短路容量:606. 7 MVA,最大短路容量为758MVA。
[0025] 该风电场的数据计算: 系统的基波无功需龙
代入数据: Qc = 0.97 X 50 X (V ((I/O. 97)2-1) = 12.2 MVar It ^ I. 5 X (0. 9 - 0. 2) X 824 = 865. 2 Qt = 35 X 0. 2 X 865. 2 X 1. 732 = 104. 897 MVar 根据计算公式(1一 1),在最低电压跌落状态下应该输入系统的无功支撑电流: It ^ I. 5 X (0. 9 - 0. 2) X 824 = 865. 2 Qt = 35 X 0. 2 X 865. 2 X 1. 732 = 104. 897 MVar 根据计算,当系统发生电压跌落故障时,风力发电系统应能在规定的时间内提供最大 不小于10. 5 MVar的动态无功支撑。
[0026] 实际上,湘电生产的风力发电机组可以提供机组自身所需的动态无功支撑,升压 变压器及升压站内其他负荷所需的动态无功支撑必须由SVG装置提供;这时SVG装置所需 提供的最大动态无功功率是(应不小于下式计算值的2倍): Qt = 5. 25 X I. 5 X 0. 2 = 1. 575 MVar 根据计算,当系统发生电压跌落故障时,风力发电系统应能在规定的时间内提供最大 不小于10. 5 MVar的动态无功支撑。
[0027] 实施例风电场的数据计算: 系统的基波无功
代入数据: Qc = 0.97 X 50 X (V ((1/0. 97)2-1) = 12.2 MVar 大概估算(亦可按下表参数进行详细计算): (2597 + 8600)/ 2 X 25 / 1000 = 139.9625 km Ic = (95 + 1.44 X 35) / (2200 + 0.23 X 35)) X 140 Qc - 559 kVar 附表 第一回路集电线路工程35kV电缆敷设记录 共1页第1页
第三回路集电线路工程35kV电缆敷设记录 共1页第1页
第二回路集电线路工程35kV电缆敷设记录 共1页第1页
主变的感性无功 主变的短路阻抗为10. 5%,一般情况下,主变的直流电阻很小,其阻抗电压值可视为变 压器的电抗值,因而主变在额定条件下运行时的感性无功需求是 Qzb= 50 X 0. 105 = 5. 25MVar 线路的容性无功: 输电线路的杂散电容的精确计算比较繁琐,这里按比较简单的计算公式进行估算。
[0028] 采用经验公式: Ic = (95 + 1.44 X S) / (2200 + 0.23 X S)) XL (1-5) 实施例的各风机离主变压器距离 共25台风力发电机组,离主变最远的1号风机的距离是8. 6 km,最近的一台是20号风 机,距离是2.
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