基于无功补偿经济当量计算的风电场无功优化

引言

某风电场通过66kV输电线路接入200kV变电站,当风电场的无功损耗通过变电站补偿会增加输电线路、风电场主变的有功损耗,但通过风电场主变低压侧的电容器组补偿时,如果电容器组有功功率损耗大于输电线路、风电场主变的有功减少损耗,此时的无功补偿也不经济。因此,在保证系统电压合格的前提下,研究何时投入电容器组,对风电场提高效能具有指导意义。本文采用DL/T686一1999《电力网电能损耗计算导则》中无功经济当量法对无功补偿降损电能进行计算。

1风电场无功补偿经济当量计算

假设风电场输电线路电压恒定,风电场有功功率、无功功率恒定,风电场所需无功通过输电线路传输时,无功通过线路和风电场主变的有功功率损耗(kW)分别为:

式中,PL、QL为风电场不投无功补偿装置时输电线路上传输的有功功率(kW)、无功功率(kvar):RL为输电线路电阻(Q):UL为输电线路电压(kV):PT、QT为风电场不投无功补偿装置时通过主变的有功功率(kW)、无功功率(kvar):P0、PK分别为变压器的空载损耗、负载损耗(kW):sN为变压器额定容量(kVA)。

当风电场无功补偿装置投入后,线路传输的部分无功通过线路、主变产生的有功功率损耗(kW)为:

式中,QC为风电场无功补偿装置容量(kvar)。

当风电场无功补偿装置投入后,线路传输的部分无功通过线路、主变减少的有功功率损耗(kW)为:

又因为:

得:

式中,RT为变压器等值电阻(Q):UN为变压器额定电压(kV)。

当风电场无功补偿装置投入时,其减少有功功率总损耗(kW)为:

无功补偿装置有功功率为PC(kW),则风电场无功补偿装置投入后减少的有功功率净损耗(kW)为:

无功补偿经济当量为:

无功补偿经济当量就是由于减少无功功率传输而降低的有功功率的损耗值与无功功率传输减少值的比值,单位为kW/kvar。当CP=0时为临界补偿状态,此时无功补偿减少的有功损耗与电容器组的有功损耗相等:当CP>0时,就地补偿有经济性:当CP<0时,就地补偿无经济性。

假设UL=UN、QT=QL,满足临界条件(CP=0)时输电线路的临界无功(kvar)为:

当输电线路无功大于此值时,风电场投入无功补偿装置后才有经济性。

2实验验证

某风电场输电线路电阻4.08Q,主变额定容量50MVA,额定电压66kV,负载损耗166.5kW,风电场无功补偿装置为主变低压侧电容器组一组,有功损耗118.22kW,无功容量9000kvar,则此风电场无功补偿装置投退的线路临界无功为11046.57kvar。实验结果如表1所示。

通过实验数据可知,当输电线路无功为11Mvar时,电容器组投入后减少的有功损耗为120kW,稍大于电容器组的118.22kW:当输电线路无功为12Mvar时减少的有功损耗增大,与理论分析一致。由于理论推导时采用的算法进行了一些假设,导致在计算临界无功值时会产生一些误差,但趋势不变。通过实验验证,当线路无功大于11Mvar时投入电容器组,无功优化有经济性。

3结语

风电场电容器组应合理分组设计,如将实验风场的电容器组分成两组,可大幅改善无功补偿装置的运行灵活性并提高补偿效益,减少投入时对电网的冲击。在并网点电压满足要求时合理安排电容器组的投切,可以起到风电场降损的作用。