mcr型静止无功补偿装置在风电场应用

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2010年06月Jun．2010第38卷第3期(总第208期)Vo1．38No．3(Ser．No．208)MCR型静止无功补偿装置在风电场的应用ApplicationofMCRTypeStaticVarPowerCompensatorDeviceinWindFarm成和祥，丛庆地(中广核风力发电有限公司东北分公司，长春130022)摘要：针对并网风电场的电压无功控制调节问题，结合中广核风力发电有限公司大岗子风电场采用的磁控电抗器(MCR)型静止无功补偿(SVC)全范围动态补偿装置，对MCR+FC(固定电容器组)、TCR(晶闸管控制电抗器)+FC和SVG(静止无功发生器)升压变压器型多功率单元串联模式等3种无功自动补偿调节方式进行了对比分析，提出根据吉林电网实际情况，风电场接人系统无功自动补偿调节方式选用MCR+FC型，最后分析了控制策略和运行方式的优化。关键词：风电场；无功功率；电压；无功补偿中图分类号：TM714．3；TM614文献标志码：B文章编号：1009—5306(2010)03—0036—03近年来，风电在发电总容量中所占比例迅速提根据接入系统设计评估，风电场总出力超过总高，由于风电出力的间歇性和不确定性以及风电的装机容量的3O时，吉林电网开始向大岗子风电场反调峰特性，使得大规模风电场接入对电网稳定产注入无功功率；在风电场满发的情况下，吉林电网向生不利的影响。随着更多、规模更大风电场的投入，大岗子风电场注入的无功功率约为36．7Mvar(见吉林电网的电压无功控制调节问题也会越来越突表2)。出。同时，为适应风电出力快速变化、满足电网无功根据国家电网公司对风电场接人电网技术规定电压的控制要求，对接人系统对新建风电场的无功中有关风电场无功功率、运行电压、电压调节及功率补偿设备要求也越来越高。因数等的技术要求，在35kV母线装设动态无功补偿装置；电网要求选择设备应能够满足小步长自动1大岗子风电场简介调节；满足各种运行方式下风电功率波动引起的电压波动对风电场电压调节的要求；目前能实现电网公司该项要求的只有各种型式的SVC或SVG大岗子风电场位于吉林省西部大安市境内，规(STATcoM静止无功发生器)。另外因本工程整体划总装机容量198Mw，分4期建设。风电场配套建规划建设较早，虽按照常规进行了规划，但随着并网设1座220kV升压变电站，单母线接线，分二期投风机的增多，原计划使用的常规并联电容器组无法运2台120MVA升压变压器。风电场采用单回满足风电负荷特性，且场地预留空间较小。而目前流59．8km(LGJ一300)送出线路接人220kV大安变行的晶闸管控制电抗器(TCR)型SVC、MCR型电站。根据电网运行要求，大岗子风电场分别在2段SVC(以下简称MSVC)及SVG各有优缺点，因此35kV母线各安装1套磁控电抗器(MCR)型静止在满足系统要求的前提下应结合实际情况进行补偿无功补偿(SVC)，实现了以较小的步长进行电压无方式选择。功自动调节。所有生产配套建筑在一期工程已经基本建设完成，电站没有用于安装TCR的厂房，且系统室外占2大岗子风电场无功补偿方式的选择地面积也较大；如选择TCR形式需征地外扩改变变电站格局；SVG应用数量相对较少，同时其对运无功补偿方式有3种，其对比见表1E8。行维护人员的要求相对较高；MSVC具有高可靠性收稿日期：2010—01一l5作者简介：成和祥(1970一)，男，工程师，从事风电场生产运行管理工作。·36· 2010年O6月吉林电力Jun．2010第38卷第3期(总第208期)JilinElectricPowerVo1．38No．3(Ser．No．208)补偿方式应用情况其他特点表2不同出力送出线吸收无功功率Mvar以及对恶劣环境极强适应能力，很好的克服了TCR型SVC、SVG等装置的可靠性偏低、维护量大、环境要求高、以及基建配套投入大等缺点，最容易实现。3大岗子风电场MSVC的构成经过吉林省电力有限公司审核，最终确定二期35kV母线要求具有从感性5Mvar调整至容性10Mvar的无功功率调节能力，由10Mvar的电容器组以及15Mvar的MCR本体组成；三期35kV母线具有从容性0～8Mvar的无功功率调节能力，由8Mvar的电容器组以及8Mvar的MCR组成；无功功率调节装置均采用MCR+FC型SVC。MSVC系统由MCR+FC(固定电容器组)的方注：风电送出线风电场侧“一”表示风电场吸收无功功率；风式共同组成动态无功补偿装置，主要有MCR主体、电送出线大安侧“一”表示电网向风电送出线注入无功功率。励磁系统、电容器组(FC)、保护控制与监控系统等。·37· 2010年06月吉林电力Jun．2010第38卷第3期(总第208期)JilinElectricPowerVoI_38No．3(Ser．No．208)MCR主体采用室外安装方式，当系统温度升10Mvar的无功功率调节能力；用于全站通盘考虑，高到一定程度启动强制风冷进行冷却；励磁系统工必要时可向二段输出无功功率。8Mvar的MCR型作电压只有几百伏，功率很小；控制系统采用全数字SVC安装于2段母线，检测2号主变高压侧信息，控制，响应时间快，可靠性高。控制系统与励磁系统全自动小步长调节电压和无功功率，正常设置使用之间的具有友好的人机界面，方便用户使用和维护。自动补偿功能；无功功率缺额由15MvarMCRMCR主体部分与FC部分分别独立加设保护补偿。系统，每一部分发生故障均能启动保护装置跳闸，切实保障设备的安全运行。5运行情况监控系统对装置中相关模拟量与开关量进行集中监控，用户可在监控系统上实现对所有相关信息该装置投入运行后，系统电压和无功功率状况的监测，并可通过监控系统实现对SVC装置的远程大为改观，大岗子风电场的电压和无功功率严格按操作，监控系统提供RS485等通讯接口，接人现有照省调下发大岗风电厂无功电压调度表运行，满足综合自动化控制系统，具备通过RTU与吉林省调下发电压226～235kV；发电力率维持在一0．98"---度中心联网功能，同时装置可以通过自带接口设备0．90；装置出力现场测试结果见图1。接入省调调度端控制该装置，能实现作为电网无功电压自动控制系统(AVC)的变电站终端，能与电网AVC系统的调度端开环或闭环运行。4控制策略及运行优化4．1控制策略装置控制原理采用改进九区法，以电压、无功功率曲线为控制调节参数。变电站无功电压调节装置图1触发延时角与无功输出特性可根据变电站运行的实际情况灵活地对控制方案进2套MCR投入运行后，大岗子风电场l98Mw行配置，以满足电网各种运行方式要求。变电站的目风电装机投入运行产生的谐波电流注入后(试验时标电压上下限和无功上下限是以吉林省电力调度中实时功率为5OMW)，220kV大岗子升压站变心下发的无功电压调度运行曲线为定值，定值可现35kV母线各次谐波电压含有率见图2。场人工输入或修改，同时可以实现调度端远传下发。0．6254．2运行优化目前电站安装的3套电压无功补偿装置，根据O．50o其配置容量进行了进一步优化；所有无功补偿设备O．375归吉林省电力调度中心调度运行，原则上执行电压僻无功就地平衡原则，视系统调度要求开环运行。505Mvar的电压无功功率补偿(9档有载调压方0．125式)接人1段35kV母线，检测1号主变高压侧信息，具有自动补偿投切功能，投入时选择最低档手动O运行，视调度要求及现场补偿效果提高补偿量；在谐波／次15MvarMcR型SVc故障或退出运行时可以选择图235kV母线谐波电压含有率自动投入。大岗子风电场并网运行所产生的谐波电压含有15MvarMSVC是电站容量最大的一组补偿装率小于国家标准规定的限值，但其运行损耗高，效率置，接人1段35kV母线，检测变电站出口线路信低的缺点也同时显现，特别是随着补偿容量的增大息，全自动小步长调节电压无功，正常设置使用自动(下转第41页)补偿功能；满足系统从感性5Mvar调整至容性·38· 2010年O6月吉林电力Jun．2010第38卷第3期(总第208期)JilinElectricPowerVo1．38No．3(Ser．No．208)3演习中存在的问题a．220kV三家子一次变220kV母差保护Ⅱ动作，检查站内设备无故障，220kV母差保护动作原因分析如下：母差保护Ⅱ误动，没有检查出设备故障(误动判据)，导致值班员分析事故所需时间较长，很难做出正确的判断，需要等继电人员作出专业的结论。没有及时快速地进行220kV三家子一次变恢复送电操作而延缓了事故处理的进程。b．由于220kV三家子一次变和220kV平泉一次变是无人值班变电站，而远动装置及其他自动化装置的可靠性还并非完善，事故发生时的保护动图2事故处理应急人员组织架构作情况不能及时准确地汇集到集控站中，同时也无a．应尽快完善远动自动化装置。快速、准确地将法及时准确地汇集到调度中心。保护动作信息和事故的具体情况全面地上传到集控C．在多站同时出现事故的情况下，值班人员数站及各级调度中心。量不足，启动应急预案后，应急人员到达现场时间相b．建立健全事故处理应急人员组织制度。应进对较长，对事故处理所需的快速性要求从时间上无一步明确应急人员组织架构中的各级各位置人员所法满足。到达现场后，应急人员不能及时了解事故情承担责任、应完成工作以及事故处理详尽步骤。况，无法及时进入事故处理的角色和状态，现场缺乏C．结合此次联合反事故演习中发现的问题，对秩序。事故处理应急人员组织架构见图2。突发事故应急响应预案进行补充、修正和调整。提高变电运行值班人员正确处理电网突发事故的应急能4相关建议力，确保电网的安全、稳定、经济运行。(编辑刘文千)泸、s0、、、、8(上接第38页)损耗的问题已经不能忽视。在风场无风状态下，也是质量，降低线损，在提高电网稳定水平方面有着广阔MCR最大出力的工作状态，将全功率补偿其电容的发展前景。随着对风电场越来越高的电压和无功输出，15Mvar及8MvarMSVC损耗分别达到150、功率调控要求，将大量应用各种新型无功补偿设备。100kw，装置运行损耗达到1．2％，根据风场的实际在满足系统电压无功要求的前提下，一定要结合实运行情况，若电网公司强制要求24h投入运行，将际情况统筹考虑，因地制宜，进行全面经济技术比较消耗掉大量有功功率，增加了厂用电率，其运行费用后，对补偿方案进行优化并选出最适合风电场情况相对高昂，此时需要谨慎选择。由于大岗子风场所处的无功补偿设备，避免出现不必要的损失。位置距离系统及负荷中心相对较近，根据系统调度指令投入运行，平时处于热备用状态，能耗问题并不参考文献突出，只是略微增加投切设备的投切动作。[1]陈伯超．新型可控饱和电抗器理论及应用[M]．武汉武汉水利电力大学出版社，1999．6结束语(编辑刘文千)MSVC型无功补偿设备可有效提高电网电压·41·