无功电压讲座

风电场无功电压专业技术探讨2014.4.231无功存在的意义234风电场无功补偿风电机组的无功特性无功与电压的关系4风电场无功优化与经济运行一无功存在的意义电能机械能？一次侧能量二次侧能量？BILFB（磁感应强度）如何产生?a永磁体*b通电导线InB0ISnBS0dtdiSndtde0dtdiLdtdiSndtde0公式中的称为线圈的自感电动势。当线圈通过的是恒定电流（直流），则自感电动势为0，一般用于小容量直流励磁电机，不需要无功。e当线圈通过的是正弦交流电时：)90sin(sintLIdttdILdtdiLemm如只考虑线圈的电感原件，则感应电动势与端电压大小相等，方向相反。e)90sin()90sin(tUtLIummu无功的定义：无功功率是电压、电流幅值以及电压和电流之间夹角正弦的乘积，无功功率表示能量交换过程中的能量存储最大值，但不消耗功率。通电线圈的瞬时功率：tUItIUqttIUuiqmmmm2sin2sin21sin)90sin(TTTtdtUITqdtTQ0002sin11UIqQmax无功的平衡瞬时平衡：当一个元件（电感）在一个周期内发生能量转换时，同一时刻必然需要其他元件（发电机、电容）进行相反的能量转换过程，即保证瞬时能量平衡。电力系统的无功平衡：根据无功定义，同一时刻系统内所有元件无功代数和为零。无功负荷：异步电动机变压器电力线路整流装置无功源：同步发电机同步调相机输电线路充电功率*无功补偿装置二无功与电压的关系EjX0VtanPQjQP纯电感线路单机无穷大系统sinXEVPXVEVQ2cosVQXU2EPXp2EQXqEVv令0)12(2224qpvqv00.20.40.60.811.21.41.600.20.40.60.811.2EVv2EPXp75.0tan0tan25.0tan1tan纯电感线路单机无穷大系统P-V曲线图25.0tan-1.4-1-0.6-0.20.200.20.40.60.811.21.41.61.82EQXqEVv02EPXp25.0p5.0p75.0p1p纯电感线路单机无穷大系统V-Q曲线图单击无穷大系统暂态稳定特性改变PmaxsinXEVPP0不变越大，稳定性越强发电机Q↗→E↗→Pmax↗XEVPmaxEQ电源输出无功与机端电势关系图三风电机组的无功特性齿轮箱发电机电网无功补偿装置箱变风轮恒速型异步发电机发电时需要从系统吸收大量无功，建立磁场。一般在机端加装无功补偿设备，目前常用的为电容器组。风力机电压曲线有功曲线无功曲线RTDS恒速型异步风电机并网过程仿真RTDS恒速型异步风电机并网后投入无功补偿装置仿真曲线功率因数电网齿轮箱箱变风轮风力机双馈型异步发电机及控制系统能够实现发电机输出有功功率、无功功率的解耦控制，能够采用不同方式调节风电机组的无功出力。RTDS双馈型风电机网侧功率因数控制仿真曲线交轴参考电流无功功率功率因数RTDS双馈型风电机电压控制仿真曲线参考电压直流电压机侧变换器网侧变换器PMSG控制系统风力机桨叶控制风速位置角θ电网永磁直驱型风力发电机，无功出力通过变频器控制实现。RTDS永磁型风电机恒功率因数控制仿真曲线有功功率无功功率四风电场无功补偿《风电场接入电力系统技术规定（GB/T19963-2011）》7.1无功电源7.1.1风电场的无功电源包括风电机组及风电场无功补偿装置。风电场安装的风电机组应满足功率因数在超前0.95～滞后0.95的范围内动态可调。7.1.2风电场要充分利用风电机组的无功容量及其调节能力；当风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要时，应在风电场集中加装适当容量的无功补偿装置，必要时加装动态无功补偿装置。《风电场接入电力系统技术规定（GB/T19963-2011）》7.2无功容量配置7.2.1风电场的无功容量应按照分（电压）层和分（电）区基本平衡的原则进行配置，并满足检修备用要求。7.2.2对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功补偿容量能够补偿风电场满发时场内汇集线路、主变压器感性无功及风电场送出线路的一半感性无功之和，其配置的感性无功补偿容量能够补偿风电场自身的容性充电无功功率及风电场送出线路的一半充电无功功率。《风电场接入电力系统技术规定（GB/T19963-2011）》7.2.3通过220kV（或330kV）风电汇集系统升压至500kV（或750kV）电压等级接入公共电网的风电场群中的风电场，其配置的容性无功补偿容量能够补偿风电场满发时场内汇集线路、主变压器感性无功及风电场送出线路的全部感性无功之和，其配置的感性无功补偿容量能够补偿风电场自身的容性充电无功功率及风电场送出线路的全部充电无功功率。7.2.4风电场配置的无功装置类型及其容量范围应结合风电场实际接入情况，通过风电场接入电力系统无功电压专题研究来确定。《风电场接入电力系统技术规定（GB/T19963-2011）》8风电场电压控制8.1基本要求风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电压控制能力。根据电力系统调度机构指令，风电场自动调节其发出（或吸收）的无功功率，实现对风电场并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。8.2控制目标当公共电网电压处于正常范围内时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在标称电压的97％～107％范围内。8.3主变选择风电场变电站的主变压器宜采用有载调压变压器，通过主变压器分接头调节风电场内电压，确保场内风电机组正常运行。………………35kV母线220kV母线主变送出线汇流线并网点0.69母线0.69母线风电场示意图风电场消耗无功线路汇流线送出线XUPXIQL22)cos(3变压器箱变升压变NNkTSISSUQ)100%100%(022风电场产生的无功线路充电功率汇流线送出线CUQC2风电机组的无功出力：gQ风电场无功补偿优化配置研究意义避免容性无功补偿不足引起的电网电压大幅降落避免感性无功不足时引起的电网电压的升高节省投资前提下，提高风电场就地无功补偿能力，降低损耗有利于风电场的经济运行某风电场无功配置研究仿真曲线（横坐标为风机有功出力百分比，纵坐标为不同条件下的无功值风机功率因数迟相、进相0.98）TCR+FC型静止无功补偿器（svc）原理图MCR+FC型静止无功补偿器（svc）原理图TSC型静止无功补偿器（svc）原理图静止无发生器（SVG、STATCOM）原理图补偿方式TCR+FC型SVCMCR+FC型SVCTSC型SVC多功率单元串联模式SVG补偿原理晶闸管阀组控制相控电抗器磁控制饱和式电抗器晶闸管控制投切电容器组多功率晶闸管逆变单元串联补偿效果线性调节线性调节分级、多极投切线性调节，比MCR和TCR范围宽，尤其在低电压时，仍能输出大电流的无功响应时间/ms10200205谐波TCR本身产生6脉动特征谐波，FC装置具有滤波功能，谐波治理符合国标MCR本身产生6脉动特征谐波，饱和电抗器产生偶次低次谐波，FC装置具有滤波功能，谐波治理满足国标本身不产生谐波SVG基本无谐波输出、还具备有源13次以下滤波功能损耗/%≤1.00.8～1.50.8≤0.5可靠性及故障率可靠性高、故障率低、维护简单可靠性高、故障率低、维护简单,但需考虑磁饱和电抗器消防问题可靠性较高维护简单可靠性高、故障率低、维护复杂运行维护费用低较其它方式高低低应用情况各行业广泛应用有少量应用部分与TCR组和应用国内风电场广泛应用其它特点适合于10～35kV电网，110kV以上电网中应用有技术瓶颈在110kV以上高压电网中优势明显与TCR组合应用后可实现线形补偿，用于10～35kV电网适用于风电场需要快速补偿，对占地有严格要求场合，随着技术水平发展，优势将逐渐体现几种无功补偿装置比较五风电场无功优化与经济运行)()()(2211xfyxfyxfymm0)(0)(1xgxgkn21xxxx、、)()(1xhbaxhl目标函数Min或max约束条件s.t.等式约束不等式约束变量无功优化一般是指在满足系统中各设备和运行限制条件下，通过调整系统中无功源出力以及调节变压器分接头位置，使系统某一个或多个指标达到最优，如系统网损最小。无功补偿装置的优化规划电压无功优化控制)T(minloss、gQfP0)TQ(Q0)TQ(gg、、Pn21gng2g1gTTTQQQQ、、、、TmaxminmaxgminmaxminTQU)T(ggggTTQQQUU、约束条件s.t.系统有功平衡电压满足运行上下限无功出力满足上下限分接头位置满足上下限目标函数：风电场网损最小变量：风电场各元件无功出力变压器分接头位置系统无功平衡变压器损耗箱变损耗升压变损耗wTlossPSSPP210)(0PwPSS)(1变压器损耗公式：铁损空载损耗铜损其中为负载损耗或短路损耗wP变压器经济运行：当=时，变压器线损率最低0PwPSS)(1实际运行时，为固定值，与成正比例关系，当固定时，与成正比例关系。0PwPlossP2SPlossP2Q线路损耗汇流线损耗送出线损耗rrjQPRLXcXcX1U2UssjQPRXURXQRUQPRIPccsssloss2121222)(323无功优化重点是研究如何调整使线路损耗最小lossP1U、sQ最优潮流计算中调主站一级电压控制器子站1一级电压控制器子站2一级电压控制器子站n…………两级电压控制AVC系统示意图如何合理调配风电机组、风电场无功补偿设备的无功出力？重点研究基于风电场经济运行的无功优化控制策略研究风场AVC与风场能量管理平台无缝对接