基于潮流计算的风电场电气接线方案研究

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1、基于潮流计算的风电场电气接线方案研究摘要：随着风电场规模的不断扩大，风电场内部电气接线方式将直接影响到风电场的潮流分布，从而影响到风电场的稳定运行和经济性，甚至对电网造成影响。本文介绍了风电场内部采用较多的链形、单边环形、双边环形、星形接线方式，推导了不同接线方式时的潮流计算过程。通过PSASP软件的仿真计算，得到不同接线方式下系统稳定运行时的潮流计算结果，比较分析各种接线方式下，风电场功率和电压分布。通过仿真得出：关键字：风电场；潮流计算；电气接线方式中图分类号：F407文献标识码：A0引言近年来，随

2、着全球环境问题及能源问题的突显，风力发电所占的比重逐渐增大。随着风力发电技术的逐渐成熟，风电机组的单机容量不断增大，风电场的规模与日俱增。大规模风电场的并网已经成为了影响电力系统稳定运行及电能质量的重要因素。6由于风电场中包含风机数目较多，需将多台风机发出电能汇集至一条母线集中送出，因此，风电场内部的电气接线方式将影响到风电场内部的潮流分布，从而造成并网点的有功功率输出和电压的不同。文献[1]分析了风电场的主要投资成本，并采用遗传算法实现投资成本的优化，但缺少对实际系统中风机位置的随机性以及大形风电场的

3、海上变电站优化问题的考虑，对各电气设备的具体成本分析较少。文献[3]借助经验曲线分析了电气设备的投资成本及减少风电场投资的可能性，但缺乏有关风电场电气接线方式对投资成本影响的考虑，并且由于目前海上风电场可提供的经验数据较少，对模形的准确性也有较大影响。本文将根据风电场内部不同的电气接线方式，即链形接线、单边环形接线、双边环形接线、星形接线方式，通过推导潮流计算过程，在PSASP软件中对4种接线方式下风电场进行潮流计算，得出相关结论，从而为实际工程应用提供理论帮助。1风电场内部电气接线方式目前，应用于实际

4、风电场工程设计的接线方式主要有链形接线、单边环形接线、双边环形接线和星形接线。1.1链形接线方式风电场内部链形接线方式是将数台风机连接至一条输电线路上，整个风电场通过多条输电线路连接至风电场汇流母线(PCC母线)，其接线方式如图1所示。该接线方式的优点是结构简单，易于控制且成本较低；缺点是布局受地形限制，故障时导致一条链上的风机均切除。图1.链形接线方式61.2单边环形接线方式单边环形接线方式在链形接线方式的基础上，将末端风机通过线路连接至汇流母线，形成一条冗余线路，其接线方式如图2所示。当某处发生故障

5、时，能够保证其余位置的风机能够正常运行，提高了风电场的可靠性，但是也增加了风电场的建设成本和运行成本。图2.单边环形接线方式1.3双边环形接线方式双边环形接线方式将单边环形接线方式的冗余线路上接有风力发电机，其接线方式如图3所示。该布局的优缺点与单边环形接线方式相同。图3.双边环形接线方式1.4星形接线方式星形接线方式是在一个圆周上布置数台风机，将每台风机通过线路输送至圆心处的汇流母线，其接线方式如图4所示。该结构与链形结构相比保证了可靠性，与环形结构相比降低了成本，但是，星形接线方式占地面积较大，增加

6、了风机布置的难度。图4.星形接线方式2风电场内部潮流计算2.1单台风机等值电路6在图1至图4中，每台风力发电机的出口电压为0.69kV，在风机通过升压变压器将电压升至10kV或35kV，如图5所示。图5.单台风机接线图由于从风机出口到35kV变电站的距离不足100km，电阻值R没有远远大于电抗值X，故R值不可忽略;同理，线路长度不足100km，故不计电导G电纳B参数。因此，单台风机的参数如下：（1）式中，Zw为风机阻抗，Rs为风机定子电阻，Xs为风机定子感抗，Zl为风机到35kV变压器的线路阻抗，Rl为

7、该线路的电阻，Xl为感抗。2.2风电场潮流计算根据上述风机参数和线路参数，设初始风速为9m/s。在PSASP中分别搭建三种接线方式下的风电场模型，将风电场出口处接无穷大系统。计算不同接线方式下：稳定运行时的PCC母线电压、输出有功功率、有功损耗和功率因数。四种接线方式潮流计算得到风电场输出有功功率如表1所示。参数链形单边环形双边环形母线电压0.98970.99040.9902送出有功96.99297.00296.996功率因数0.97430.97590.97516有功损耗3.0082.9983.0043

8、不同接线方式下的潮流结果分析3.1有功功率表1显示，从有功损耗百分比来看，单边环形结构最低，为2.9984%，其次是双边环形，为3.0039%；链形结构的有功损耗是最高的,为3.008%。从输电功率因数看，单边环形最高，为0.9759，其次是双边环形；链形结构中功率因数是最低的为0.9743。可见，风电场稳定运行时，环形结构的性能比链形结构好，其中，单边环形结构最优,双边环形结构较劣。3.2电压稳定性GB12325-90《电能质量――供电电