北京电网风电可接入容量分析 风电场接入电网技术规定

　　摘要：大容量风电并入电网后，风电出力的随机性、运行方式的复杂性对电网的安全稳定运行带来了极大的挑战。文章在分析风电场对系统电压、频率和静态安全的基础上，讨论了影响系统消纳风电的主要因素，并结合北京电网及已并网风电场的运行特点，详细计算了北京电网在不同负荷水平、不同运行方式下，可消纳风电的最大容量。
　　关键词： 北京电网；风电；接入；容量
　　中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0086-030 引言
　　随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，国家的“十二五”计划强调了节约能源的重要性，并鼓励我国大力发展可再生能源，尤其是利用风能、太阳能等发电。
　　2007年北京市能源集团在延庆官厅建立了北京首座风电场。一期工程总装机4.95万千瓦，安装风机33台， 2010年一月份又投入24台，现在一共有100台风机，总装机150兆瓦。
　　1 风电最大接入容量分析概述
　　风力发电机组是一种特殊的发电设备，从环境保护和可再生能源利用的角度考虑，希望尽量扩大风力发电的规模，而风电本身的特点使得它的并网运行对电网的电能质量以及安全稳定运行构成一定的威胁。
　　一方面，风力发电利用自然风，因此风电场的选址主要受风资源分布的限制。然而风力资源较好的地区往往人口稀少，负荷量小，电网结构相对薄弱，风电功率的注入改变了局部电网的潮流分布，对局部电网的电压质量和稳定性有很大影响，限制了风电场接入系统的方式和规模。
　　另一方面，风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。在现有的技术水平下风力发电还无法准确预报，因此风电基本上是不可调度的。
　　1.1 影响北京电网风电接入容量的主要因素 风电接入容量的大小不仅取决于风电场的运行特性和系统中其它发电设备的调节能力，还与风电接入的系统的网络结构等诸多因素密切相关。归纳起来，主要的因素有：
　　1.1.1 风电场与电网的联接方式 包括联络线路的电压等级、长度和阻抗参数等，这些参数的不同将会影响风电场和局部电网节点电压的分布，对风电场的接入容量也有一定的影响。
　　1.1.2 风电场的无功补偿状况 风电机组的无功补偿状况对风电场的输出特性有很大影响，进而影响风电的最大接入容量。安装动态无功补偿装置（如SVC、SMES等），可以提高风电系统的电能质量和稳定性，也能够有效提高风电的最大接入容量。
　　1.1.3 地区负荷水平和负荷特性 主要表现为不同负荷水平下在风电接入后潮流分布的不同特性、风电场附近地区负荷的电压频率调节特性以及负荷对电压和频率质量的要求等。负荷对电能质量的要求过高将会限制系统所能承受的最大风电功率。
　　由于北京电网为纯负荷型大城市电网，系统的调频、调峰在整个华北电网中进行平衡。北京电网不设独立控制区，因此本文主要考虑大功率风电接入对北京局部电网网架结构的影响，虽然没有考虑风力发电厂并网运行的有关动态约束，但是也可以得到具有一定参考价值的计算分析结果，给风电场规划设计有力的指导。
　　2 北京延庆电网风电场的最大接入容量计算分析
　　2.1 计算电网概况 计算以图1为延庆电网系统接线图。该系统是一个典型的风电场接入配电网络的实例，风电场接在配电网的末端，接入点为鹿鸣山站，通过鹿康线与电网相连。我们重点观察风电功率注入对局部电网电压和潮流分布的影响，因此将220kV以上电压等级的外部系统简化为看作为无穷大节点，该节点的电压记作Us。计算分析电网总负荷195MW，计算所用的容量基值为100MVA。负荷的功率因数按照该地区各个不同时间点和不同母线的情况进行合理估算统一采用0.98。考虑每天不同时间段内，不同负荷水平对可接入风电容量的影响，负荷峰谷差取为45%。
　　2.2 计算分析 风电最大接入容量是各种因素综合作用的结果，考虑的可变因素包括：①聂各庄点的电压Us；②风电场接入点的功率因数；③聂康一线、鹿康线的线路参数和额定容量；④延庆电网的负荷水平。
　　2.2.1 聂各庄点的电压Us的影响 图1所示的网络中，正常运行时网络的负荷所选择的时间断面下的负荷计算，聂各庄点的电压Us的改变代表了系统运行方式的变化。负荷一定的情况下，Us的高低影响系统各节点的电压水平，因此对风电场的最大接入容量有很大影响。表1给出了不同电源电压下风电场的最大接入容量以及电压越界的情况。可见在这种情况下制约风电装机容量的主要是风电出力引起的负荷节点和风电场端电压的降低。
　　表1中风电最大可接入容量是根据静态电压稳定的边界来确定的，如果同时考虑线路过负荷的约束，那么风电可接入容量至多为120MW。最终的风电最大可接入容量，取两者中较小的一个。那么功率因数为1.00，Us分别为1.05、1.02和1.00时风电最大可接入容量分别为120MW、115MW和106MW。
　　2.2.2 风电场接入点功率因数的影响 风力发电机在发出有功功率的同时还要从系统吸收一定的无功功率，因此通常在机端并联一定的补偿电容器，不同的无功补偿度就会对应不同的风电场出口的功率因数，风电场出口功率因数的大小对风电场的输出特性有一定的影响，也会影响风电的最大接入容量。电源电压Us＝1.05，功率因数分别为0.98（发出无功）、1.00、-0.98（吸收无功）时的计算结果如表2所示。可见，提高风电场的功率因数可以有效地增加风电场的最大接入容量。
　　从图2的电压变化曲线也可以看出，无功补偿量较高时在风电输出功率较小的情况下，随着出力的增加风电场端电压有升高的趋势。对于固定电容补偿，其合适的补偿量既要避免风电输出功率较小时的电压过高，又要避免风电输出功率大时电压过低造成系统电压稳定性的降低。