风电场在电力系统中无功电压控制的责任与方法

1、风电场在电力系统中风电场在电力系统中无功电压控制的责任与方法无功电压控制的责任与方法唐寅生唐寅生( ( 湖南电力调度通信局，长沙湖南电力调度通信局，长沙410007410007) )北京北京 20122012、07071讨论题讨论题 风电场并入电网运行，无功电压控制的目标、方法是什么？ 变电站并入电网运行，无功电压控制的目标、方法是什么？ 发电厂并入电网运行，无功电压控制的目标、方法是什么？22021-11-212021-11-213主要内容主要内容一、智能电网一、智能电网二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法三、电压质量差别电价三、电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别

2、电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价五、五、风电场风电场自愈策略自愈策略六、结束语六、结束语一、智能电网一、智能电网1 1、定义、定义 智能电网，就是具有思维、分析、判断、决策、控制能智能电网，就是具有思维、分析、判断、决策、控制能力功能的电网，无论在什么情形下，都能自动快速准确的力功能的电网，无论在什么情形下，都能自动快速准确的进行自控，保持电网的安全、稳定、高质、高效和人性化进行自控，保持电网的安全、稳定、高质、高效和人性化的运的运 行，能够自如的应对和处理来自自然界灾难和人为等行，能够自如的应对和处理来自自然界灾难和人为等各方面的挑战的电网，也称为绿色电网、可持续发展的电各方面的挑战的

3、电网，也称为绿色电网、可持续发展的电网、社会各方面都能受益的电网网、社会各方面都能受益的电网。 智能电网应该涵盖电网的发、输、变、配、用电的各个智能电网应该涵盖电网的发、输、变、配、用电的各个环环 节，涵盖各种功能。节，涵盖各种功能。 现代电网有三大控制系统：自动发电控制系统现代电网有三大控制系统：自动发电控制系统（AGCAGC），自动电压控制系统（，自动电压控制系统（AVCAVC）和基于广域测量系统（）和基于广域测量系统（Wide-Wide-Area MeasurementArea Measurement，WAMSWAMS）的安全稳定控制系统。智能）的安全稳定控制系统。智能AVCAVC是智能

4、电网的重要组成部分。是智能电网的重要组成部分。4一、智能电网一、智能电网 2、智能电网无功电压控制方法和目标智能电网无功电压控制方法和目标 方法：智能智能AVCAVC，指在电网无功电源的优化布局下，通，指在电网无功电源的优化布局下，通过发电厂、变电站以及用电企业的无功就地平衡及变压器过发电厂、变电站以及用电企业的无功就地平衡及变压器分接头的自动闭环调控，逐步自趋优化，实时接近最优状分接头的自动闭环调控，逐步自趋优化，实时接近最优状态运行。态运行。 目标：使得电网的电压质量，线路损失和电压稳定储备目标：使得电网的电压质量，线路损失和电压稳定储备三个指标同时抵达最好状态，提升了电网效益增长方式的三

5、个指标同时抵达最好状态，提升了电网效益增长方式的质量水平。质量水平。5 本世纪初本世纪初500kV500kV南方电网离线计算的无功优化潮流图，南方电网离线计算的无功优化潮流图，智能智能AVCAVC跟踪的控制方式。跟踪的控制方式。电网的安全、优质、经济运行的三个指标电网的安全、优质、经济运行的三个指标，同时抵达到了最好状态。，同时抵达到了最好状态。6一、智能电网一、智能电网7 实例实例 常规潮流：常规潮流： 最大电压最大电压UMAX=567kV；最小电压；最小电压UMIN=462kV；平均电压；平均电压UCP =530.4kV； 电压偏差量电压偏差量U=105kV；有功功率损耗；有功功率损耗P=

6、53.5MW。 优化潮流：优化潮流： 最大电压最大电压UMAX=538kV；最小电压；最小电压UMIN=527kV；平均电压；平均电压UCP=532.4kV； 电压偏差量电压偏差量U=11kV；有功功率损耗；有功功率损耗P=43.26MW。 降损降损10.24MW，降损率，降损率19.1%；最高电压降低；最高电压降低29kV，最低电压升，最低电压升65kV， 平均电压升高平均电压升高2kV。一、智能电网一、智能电网 实施方法实施方法 分层控制策略、控制方法、控制模式、变量及约束、控制界面、 数学模型、控制目标、 变压器分接头控制策略、异常电压控制策 略、控制目标。 只有全控才有全网无功优化潮流

7、。只有全控，才称得 上智能 AVC。 8一、智能电网一、智能电网2021-11-212021-11-219主要内容主要内容一、智能电网一、智能电网二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法三、电压质量差别电价三、电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价五、五、风电场风电场自愈策略自愈策略六、结束语六、结束语91、传统方法的不科学性传统方法的不科学性 给定母线电压约束，给定母线电压约束， 给定界面功率因数为给定界面功率因数为1.01.0控制，控制， 不科学性。不科学性。 二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法102、风电场无功电

8、压控制方法2.1 经济压差UJ）无功潮流原理 1988年能源部电力科学研究院在“超高压输电系统无功经济问题”课题研究报告中指出: 定义：“维持输电线路无功功率分点恰恰位于线路中点的线路首、末两端电压之差，称为经济压差。 优越性：输电线路在经济压差下运行，无功功率造成的线路电阻损失是最小值。此时，电压降落或叫做电压损失与线路正序电阻成正比，并决定于输送有功功率的大小。与电抗值无关”。11二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法2、风电场无功电压控制方法2.2 经济压差（UJ）无功潮流原理解读 12二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法4.17kV5412.7562582

9、4UPRUJ2.3 风电场无功电压控制方法2.3电网UJ无功潮流控制方法分析 任何复杂的电网都只含发电厂、输电线路、降压变电所与用电负荷等4个元件。按照无功就地平衡的基本原则，发电厂、降压变电所与用电负荷等3个元件的无功，都应该且可以做到就地平衡，它的升（降）压变压器的高压侧界面的实时无功值为0。 输电线路则不然： 当输送功率等于自然功率时，其充电无功与电抗上的无功损耗之差（下称：过剩无功）13二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法2.3 风电场无功电压控制方法2.3电网UJ无功潮流控制方法分析当输电线路输送自然功率时，过剩无功为0，输电线路两侧 的无功为0。当输送功率大（小）于

10、自然功率时，过剩无功为负（正），按照UJ无功潮流原理，输电线路的两侧的发电厂或变电站应在本线路的两侧等量送入（接受）本线路过剩无功的一半进行补偿。用户无功就地平衡，发电厂、变电站接受其高压母线上所有连接的输电线路过剩无功之和的一半，这就是电网中无功就地平衡的方法，也称为电网UJ无功潮流控制方法。14二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法2.3 风电场无功电压控制方法2.4 无功就地平衡新认识 什么地方用无功,就在什么地方补偿； 用多少无功，就补偿多少； 什么时候用无功，就什么时候补偿。二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法152.3 风电场无功电压控制方法2.5 电

11、网无功优化 电网无功优化的新概念是，电网无功就地、分层平衡。 即通过每台联络变压器与每条输电线路的无功量最少，所以电网的安全、优质、经济运行的三个指标同时抵达最好状态。二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法162.3 风电场无功电压控制方法2.6 电网无功分区、分层平衡解读 分区（就地）： 每一条输电线路与每一台联络变压器中通过最少量的无功。 每一条输电线路中的无功分点都在本线的中点，无功分点两侧的无功各自参与本侧变电站进行无功平衡，这称为无功分区平衡。 分层： 每一台变压器中通过最少量的无功，它等于其母线上所接的所有联络线的过剩无功之和的一半，各自参与本侧变电站的无功平衡，这称

12、为无功分层平衡。二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法17解读无功分区平衡解读无功分区平衡解读无功分层平衡解读无功分层平衡二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法182.3 风电场无功电压控制方法2.7 风电场UJ无功潮流控制方法 实时闭环控制：风电场的自动化系统分别与自动励磁或动态无功补偿装置，各自形成就地闭环控制系统，各自利用就地采集的相关实时数据和常量，自行计算向各自UJ无功潮流控制的目标自行调控。克服了传统的调度端与现场之间形成的大闭环控制系统对通道安全依赖性的缺陷。 风电场无功控制的目标是：界面母线上所有连接输电线路实时过剩无功之和的一半。19二、二、风电场

13、无功电压控制方法风电场无功电压控制方法2.3 风电场无功电压控制方法 风电场无功控制的目标是：界面母线上所有连接输电线路实时过剩无功之和的一半。20二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法xxnnQQQ1 1 21消耗无功高压并抗过剩无功输电线路无功目标实时2.3 风电场无功电压控制方法 风电场无功控制的目标是：界面母线上所有连接输电线路实时过剩无功之和的一半。21二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法xxnnQQQQ1 1(21消耗无功变压器消耗无功压侧并抗高（中）压过剩无功侧输电线路中）压高偿容量无功补容性无功：选用最大负荷方式；容性无功：选用最大负荷方式；感性无

14、功：选用最小负荷方式。感性无功：选用最小负荷方式。不同电压等级输电线路参数不同电压等级输电线路参数222021-11-212021-11-2123主要内容主要内容一、智能电网一、智能电网二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法三、电压质量差别电价三、电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价五、五、风电场风电场自愈策略自愈策略六、结束语六、结束语231 1、无功电力市场化是智能电网建设和运行的动力、无功电力市场化是智能电网建设和运行的动力 实施电网调度实施电网调度 管理下的无功电力市场化建设运行，就是电网对发管理下的无功电力市场化建设运行，

15、就是电网对发电厂、电网对变电站（供电公司）实施电压质量差别电价。电厂、电网对变电站（供电公司）实施电压质量差别电价。2 2、电压质量特征参数是电能的电压质量判据、电压质量特征参数是电能的电压质量判据 如图如图1 1，每个厂站的注入电网无功调整方向都是从初值逐步向经济，每个厂站的注入电网无功调整方向都是从初值逐步向经济压差的目标值最优化无功靠拢压差的目标值最优化无功靠拢, ,例如安顺发电厂从例如安顺发电厂从30Mvar30Mvar向向72Mvar72Mvar方向方向调整，在这个调控过程中，安顺发电厂的无功逐步走向就地平衡，与调整，在这个调控过程中，安顺发电厂的无功逐步走向就地平衡，与此同时，每条

16、线路的无功分点逐渐向本线中点移动，电网末端（如汕此同时，每条线路的无功分点逐渐向本线中点移动，电网末端（如汕头变电站）的电压就由头变电站）的电压就由462kV462kV逐步提高到逐步提高到527kV527kV，首端，首端( (如安顺发电厂如安顺发电厂) )的电压就由的电压就由567567逐步降低到逐步降低到534kV534kV，全网输电损耗从，全网输电损耗从53.5MW53.5MW逐步减少到逐步减少到43.26MW,43.26MW,减少了减少了10.24MW10.24MW。这是全网每一个节点的无功逐步达到就地平。这是全网每一个节点的无功逐步达到就地平衡带来的效益。衡带来的效益。24 三、电压质

17、量差别电价三、电压质量差别电价3 3、电压质量特征参数是实时量、电压质量特征参数是实时量 电压质量特征参数与电子式多功能电能表接口，就可以实现功能电压质量特征参数与电子式多功能电能表接口，就可以实现功能扩充的电压质量电能表，就能分别测量并统计通过发电厂或变电站上扩充的电压质量电能表，就能分别测量并统计通过发电厂或变电站上（下）网界面上的不同电压质量的电能量，再分别按标准电价或调整（下）网界面上的不同电压质量的电能量，再分别按标准电价或调整电价计费。电价计费。4 4、促进电网安全优质经济运行、促进电网安全优质经济运行 电能的电压质量合格电能的电压质量合格, ,线损最小；线损最小； 电能的电压质量

18、不合格电能的电压质量不合格, ,线损增线损增大，一切安全经济效益指标都偏离最优值。大，一切安全经济效益指标都偏离最优值。 所以，在给定电压约束下的发电厂或变电站与电网的连接界面上所以，在给定电压约束下的发电厂或变电站与电网的连接界面上的无功交换值的无功交换值 称为电压质量特征参数。发电厂或者变电站下网的无功称为电压质量特征参数。发电厂或者变电站下网的无功交换实时值超越的允许误差越大，发电厂的上网电价越低，变电站的交换实时值超越的允许误差越大，发电厂的上网电价越低，变电站的下网电价越高。下网电价越高。25 三、电压质量差别电价三、电压质量差别电价2021-11-212021-11-2126主要内

19、容主要内容一、智能电网一、智能电网二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法三、电压质量差别电价三、电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价五、五、风电场风电场自愈策略自愈策略六、结束语六、结束语26四、风电场怎样应对电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价1、安装足够的无功补偿装置 容量与性质； 最大负荷方式下求最大容性无功补偿容量。 最小负荷方式下求最大感性无功补偿容量。27四、风电场怎样应对电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价2、采用动态无功补偿装置 OLTC； SVC； SVG。 28四、风电场怎样应对电压质

20、量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价3、科学区分电压质量责任 当注入电网无功实时值不合格时，电压越限责任，在风电场； 当注入电网无功实时值不合格时，电压越限责任，不在风电场； 如果系统电压普遍超上限，责任在于注入电网无功实时值超上限单位； 如果系统电压普遍超上（下）限，责任在于注入电网无功实时值超上（下）限单位； 如果绝大多数厂站注入电网无功实时值均合格，而典雅仍超上（下）时，说明大多数变压器的使用变比不合适。292021-11-212021-11-2130主要内容主要内容一、智能电网一、智能电网二、二、风电场无功电压控制方法风电场无功电压控制方法三、电压质量差别电价三、电压质量差别电

21、价四、风电场怎样应对电压质量差别电价四、风电场怎样应对电压质量差别电价五、五、风电场风电场自愈策略自愈策略六、结束语六、结束语301、自愈策略(self-healing strategies-SHS) 风电场电压自愈策略则是：电网发生事故后，自己具有恢复电压水平的功能称为自愈功能，实际上就是电网发生事故后，重新实现事故方式下的无功就地平衡的能力。 自愈功能应该包括自适应计算与自动调节两个功能。 与稳态运行方式下的无功调整相比，具有调整幅度大、快速调控的特点，也突出显示出它的柔性输电特征。 五、风电场五、风电场自愈策略自愈策略311、自愈策略(self-healing strategies-SH

22、S) S风电场电压自愈策略的自适应计算策略应该是，无论发生任何故障或自然灾害，无论电网怎么解列成几个孤岛，无论是否发生通道故障等情况，电网都具有无功就地平衡补偿的计算功能，并能给动态无功补偿装置发出正确的调节指令。 Smart AVC的电压自愈调节功能是：电网发生事故后，变电站安装的动态无功补偿装置能自动接受指令进行调节的能力。 具有自愈功能的电网，称为自愈电网。 32五、风电场五、风电场自愈策略自愈策略332、自愈策略解读、自愈策略解读例1： 2003年的年的“8.14”美、加大停电事故发展历程美、加大停电事故发展历程的级联效应。的级联效应。 五、风电场五、风电场自愈策略自愈策略342、自愈

23、策略解读、自愈策略解读 例1： 2003年的年的“8.14”美、加大停电事故发展历美、加大停电事故发展历程的级联效应。程的级联效应。 充分说明充分说明2003年的年的“8.14”美、加大停电事故发展历程的级联效应美、加大停电事故发展历程的级联效应，从事故发生到电网崩溃，经历了，从事故发生到电网崩溃，经历了5个阶段，个阶段，62分钟，最终未能阻止分钟，最终未能阻止或者减缓事故发生。通信（道）中断后，调度中心失去了状态估计与或者减缓事故发生。通信（道）中断后，调度中心失去了状态估计与电网潮流计算能力。电网潮流计算能力。这就充分说明了美、加大电网不具备这种包括具这就充分说明了美、加大电网不具备这种包括具有自适应计算和无功就地动态补偿功能在内的自愈功能。有自适应计算和无功就地动态补偿功能在内的自愈功能。Smart AVC的特征充分体现了这种自愈功能的优越性。的特征充分体现了这种自愈功能的优越性。 所以,2004年11