CN112952922B - 一种适用于海上风电接入***无功配置的方法及*** - Google Patents

一种适用于海上风电接入***无功配置的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适用于海上风电接入***无功配置的方法及***，属于电力***领域。本发明方法包括：针对海上风电接入***进行数据建模，同时选取运行方式；进行海上风电接入***的无功平衡分析，调整低压电容器及抗器配置容量标准值，设置动态无功补偿初始值；根据陆侧电缆载流量约束进行计算分析，确定海侧配置容量，并对补偿度和功率因数下的载流量计算分析，调整载流量预设标准值；通过海缆电压分布和电磁暂态分析，调整高抗配置容量和补偿度，达到预设标准值且进行并网点电压波动分析，调整动态无功补偿预设标准值，确定配置方法；根据配置方法确定最终配置方法。本发明方法为海上风电接入工程的无功电压配置提供技术指导和支撑。

Description

一种适用于海上风电接入***无功配置的方法及***
技术领域
本发明涉及电力***领域，并且更具体地，涉及一种适用于海上风电接入***无功配置的方法及***。
背景技术
对于海上风电采用交流电缆接入电网的形式，由于电缆充电功率较大，在接入电缆超过一定距离时，可能导致海上风电工程及其并网点电压以及载流量控制困难。与架空线相比，交流海缆充电功率大，自身容性充电无功较大，随着风电场离岸距离的增加，长距离交流海缆导致的过电压和无功配置问题将更为突出，需要考虑线路高抗的配置；同时需要考虑在有限的海上平台空间下，海上风电场的无功补偿配置问题，在造价小的情况下保证无功电压控制的灵活性。因此需要对海上风场接入***进行无功补偿配置研究，以满足运行要求。
发明内容
本发明为了合理的给规划风电的接入规模等问题提供参考判断依据，而提出了一种适用于海上风电接入***无功配置的方法，包括：
针对海上风电接入***进行数据建模，获取数据模型，针对数据模型选取运行方式；
根据运行方式，调整数据模型的低压电容器及低压电抗器的配置容量，并确定调整值；
对数据模型设置动态无功补偿初始值；
根据无功补偿初始值及最大/最小高抗配置容量，调整高抗配置容量及补偿度，并确定调整值；
调整数据模型的，调整动态无功补偿配置容量，并确定调整值；
选取满足预设要求的调整值，作为无功配置方案，使用无功配置方案对海上风电接入***进行无功配置。
可选的，运行方式包括：风零方式和风满方式。
可选的，低压电容器及低压电抗器的配置容量，根据数据模型进行海上风电接入***的无功平衡分析确定，满足无功要求。
可选的，调整高抗配置容量及补偿度，包括：
根据不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足载流量要求；
根据接入海缆的沿线电压分布分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足沿线电压要求；
或，根据电磁暂态分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足过电压要求。
可选的，动态无功补偿配置容量，根据并网点电压波动分析确定，满足并网电压波动小于3.5％的要求。
本发明还提出了一种适用于海上风电接入***无功配置的***，所述***包括：
数据建模单元，针对海上风电接入***进行数据建模，获取数据模型，针对数据模型选取运行方式；
调整配置容量单元，根据运行方式，调整数据模型的低压电容器及低压电抗器的配置容量，并确定调整值；
数据设置初始值单元，对数据模型设置动态无功补偿初始值；
无功补偿初始值确定单元，根据无功补偿初始值及最大/最小高抗配置容量，调整高抗配置容量及补偿度，并确定调整值；
无功补偿配置容量确定单元，调整数据模型的，调整动态无功补偿配置容量，并确定调整值；
无功配置方案确定单元，选取满足预设要求的调整值，作为无功配置方案，使用无功配置方案对海上风电接入***进行无功配置。
可选的，运行方式包括：风零方式和风满方式。
可选的，低压电容器及低压电抗器的配置容量，根据数据模型进行海上风电接入***的无功平衡分析确定，满足无功要求。
可选的，调整高抗配置容量及补偿度，包括：
根据不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足载流量要求；
根据接入海缆的沿线电压分布分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足沿线电压要求；
或，根据电磁暂态分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足过电压要求。
可选的，动态无功补偿配置容量，根据并网点电压波动分析确定，满足并网电压波动小于3.5％的要求。
本发明为海上风电接入工程的无功电压配置提供技术指导和支撑。
附图说明
图1为本发明一种适用于海上风电接入***无功配置的方法的流程图；
图2为本发明实施例含江苏如东H4风电网架的电网结构图；
图3为本发明实施例海上风电场一次***结构图；
图4为本发明实施例35kV***以及海上升压变从风零到风满的无功变化趋势图；
图5为本发明实施例220kV***以及海上升压变从风零到风满的无功变化趋势图；
图6为本发明实施例不计及高抗补偿与动态无功补偿的情况下，如东H4风场***从风零到风满的无功变化趋势图；
图7为本发明实施例根据载流量计算高抗补偿示意图；
图8为本发明实施例风满78％高抗64开分配各段海缆载流量示意图；
图9为本发明实施例风满72％高抗55开分配各段海缆载流量示意图；
图10为本发明实施例风满67％高抗55开分配各段海缆载流量示意图；
图11为本发明实施例风零海缆沿线电压分布图；
图12为本发明实施例风满海缆沿线电压分布图；
图13为本发明一种适用于海上风电接入***无功配置的***的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供了一种适用于海上风电接入***无功配置的方法，如图1所示，包括：
针对海上风电接入***进行数据建模，获取数据模型，针对数据模型选取运行方式；
根据运行方式，调整数据模型的低压电容器及低压电抗器的配置容量，并确定调整值；
对数据模型设置动态无功补偿初始值；
根据无功补偿初始值及最大/最小高抗配置容量，调整高抗配置容量及补偿度，并确定调整值；
调整数据模型的，调整动态无功补偿配置容量，并确定调整值；
选取满足预设要求的调整值，作为无功配置方案，使用无功配置方案对海上风电接入***进行无功配置。
其中，运行方式包括：风零方式和风满方式。
其中，低压电容器及低压电抗器的配置容量，根据数据模型进行海上风电接入***的无功平衡分析确定，满足无功要求。
其中，调整高抗配置容量及补偿度，包括：
根据不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足载流量要求；
根据接入海缆的沿线电压分布分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足沿线电压要求；
或，根据电磁暂态分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足过电压要求。
其中，动态无功补偿配置容量，根据并网点电压波动分析确定，满足并网电压波动小于3.5％的要求。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
针对海上风电接入***进行数据建模，建立包括海上风电***在内的电网数据详细模型；
选取***运行方式，其中包括风零(风力零出力)方式和风满(风力满出力)方式；
进行海上风电接入***的无功平衡分析；调整低压电容器和低压电抗器配置容量，直到满足无功要求；
线路跟变压器的无功损耗与线路的充电功率分别为QL、QC，其计算公式：
式中I*为线路或变压器的电流标幺值，X为线路电抗或变压器漏抗，SB为基准容量，U*为线路电压标幺值，B为电缆电纳；
其中，风场整体的无功缺额Q缺，其计算公式为：
Q缺＝(QC35+QC220)-(QL变+QL35+QL220) (3)
式中(QC35+QC220)为充电功率，其中，QC35为海上风电场35kV集电海缆的充电功率，QC220为海上风电场升压站至陆地集控站之间220kV海缆的充电功率与陆上集控站220kV送出线路充电功率一半的和，QC220如下式所示：
其中，(QL变+QL35+QL220)为无功损耗，其中，QL变为海上风电场升压变压器的无功损耗，QL35为35kV集电海缆的无功损耗，QL220为220kV海缆的无功损耗与陆上集控站220kV送出线路无功损耗一半的和，QL220如下式所示：
其中，高压电抗器和低压电抗器补偿容量总和Q补，其容量应能补偿掉海上风电场并网功率为零时***的充电功率，其计算公式为：
Q补＝QC35+QC220 (6)
其中，高压电抗器的补偿容量大约应为需补偿线路的充电功率的60％～80％，其计算公式如下所示：
Q高＝QC220·(60％～80％) (7)
Q低＝Q补-Q高 (8)
先设置动态无功补偿初始值；
根据陆侧电缆载流量约束进行分析，确定海侧最小高抗配置容量；
其中，海侧高抗补偿容量的确定方法如下：
式中S为海缆的视在功率，U为海缆的额定电压，I为海缆允许通过的最大载流量，Q为海缆在不超过最大载流量的情况下所能通过的最大无功，P为海缆输送功率；
当风电场无功可以自平衡时，仅考虑220kV线路的充电功率与无功损耗，考虑海缆陆侧载流量的限制，则海缆海侧高抗补偿的最小容量Q海小如下所示：
Q海小＝QC220海-QL220海-Q (11)
式中，QC220海为高抗所在海缆的充电功率，QL220海为高抗所在海缆的无功损耗；
其中，当风电场无功可以自平衡时，仅考虑220kV线路的充电功率与无功损耗，考虑海缆海侧载流量的限制，考虑风场的充电功率跟无功损耗，可以计算出口处海侧可配置最大高抗补偿容量Q海大为：
Q海大＝Q-Q场 (12)
式中Q场为海上风电场出口处汇集到海缆的无功总量；
进行不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析；调整高抗配置容量和补偿度，直到满足载流量要求；
由于海缆压线电压受到所配高抗、低抗、动态无功补偿、接入点电压，线路传送功率等因素影响，所以对海缆各段电压进行校核是验证无功补偿方案可行性的重要依据。
其中，对接入海缆的沿线电压分布进行分析，调整高抗配置容量和补偿度，直到满足沿线电压要求；
在风零和风满两种运行方式下，分析海上升压站至陆上并网点之间海缆电压沿线分布情况，在海缆各段电压不超过242kV的前提下，基于海缆沿线电压分布的控制效果，对无功补偿配置方案进行比较筛选。
其中，进行电磁暂态分析，调整高抗配置容量和补偿度，直到满足过电压要求；
根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(GB/T 50064-2014)要求：220kV***工频过电压按照不超过1.3p.u.考虑。
其中，进行并网点电压波动分析，调整动态无功补偿配置容量，直到满足并网电压波动小于3.5％的要求；
考虑海上风电接入***风功率的波动情况，并网点电压波动小于3.5％以内的要求，分析不同方案下动态无功补偿容量的配置需求，如下公式所示：
式中，K为电压波动百分数，U零为风功率为零时海缆电压，U满为风功率满发时海缆电压。
其中，根据之前的计算结果，确定一个或多个较优的高抗容量和补偿度配置方案；
其中，对不同高抗配置方案经济性比较，确定最优的高抗容量和补偿度配置方案；
根据配置方案确定最终的低压电容器、低压电抗器、动态无功补偿、高抗容量配置方案。
下面以江苏如东H4风电无功补偿配置为例，对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明；
江苏如东H4#海上风电场工程建设规模400MW，拟安装100台单机容量为4.0MW的风机，江苏如东H4#海上风电场设置1座220kV海上升压站，主变设计规模2×240MVA，选用2台容量为240/120-120MVA，三相、铜绕组、自然油循环、自冷却型、油浸式、低损耗、低压双***的有载调压电力变压器，江苏如东H4#升压后经2回220kV海缆(长约2×76.5km，三芯XLPE3×500mm2)登陆转2回220kV陆缆(6根，单根长约8.0km，单芯ZA-YJLW03-1×630 127/220kV)接至风电场220kV陆上集控中心。
如东H4#海上风电场工程并网接线现状图如图2所示，具体实施方式包括以下步骤：
(1)搭建江苏如东H4风电接入电网的数据模型
江苏如东H4风电接入电网，容量30MW。在PSD-BPA程序中，建立含江苏如东H4风电网架数据，包括潮流数据和稳定数据，***基准容量取100MVA，设备参数均取以***基准容量为参考的标幺值。具体电网结构如图3所示。
(2)进行海上风电接入***的无功平衡分析，得出低压电容器和低压电抗器配置容量；
35kV***以及海上升压变从风零到风满的无功变化趋势如图4所示；
220kV***从风零到风满的无功变化趋势如图5所；
不计及高抗补偿与动态无功补偿的情况下，如东H4风场***从风零到风满的无功变化趋势如图6所示：
其中，补偿方案中采用高压电抗器、低压电抗器和动态无功补偿装置的配置方案，计算公式如下：
Q缺＝QC35+QC220-QL变-QL35-QL220
＝368.318-90.886＝277.432Mvar
其中高压电抗器和低压电抗器的补偿容量大概范围根据公式(2)、公式(3)可以得出计算公式，如下所示：
QSVG＝(QC35+QC220)-Q补
＝368.318-322.875＝45.443Mvar
当高压电抗器的补偿容量大约应为需补偿线路的充电功率的60％～80％。有公式(6)、(7)可以得出如下公式：
Q高＝QC220·(60％～80％)
＝358.518×(60％～80％)＝215.11～286.81Mvar
Q低＝Q补-Q高
＝322.875-(215.11～286.81)＝107.765～36.065Mvar
(3)根据陆侧电缆载流量约束进行分析，确定海侧最小高抗配置容量；
如图7所示，本工程通过三芯500mm2海缆+陆缆送至陆上集控中心。其中，陆缆最大载流量为796A，在海缆登陆段其最大载流量为580A，海缆在海水埋深3米，最大载流量650A。如东H4单回海缆200MW，额定电压230kV。根据公式(4)可知视在功率S等于231.056KVA。
根据公式(5)可知线路允许通过最大无功为115.7Mvar。
当风电场无功可以自平衡时，仅考虑220kV线路的充电功率与无功损耗，其容性无功为168.5959Mvar。考虑线路载流量的限制，线路允许通过最大无功为115.7Mvar，所以在海上最少应该配置53Mvar的高抗，此时可保证陆侧电流不超过最大载流量。
(4)根据海侧电缆载流量约束计算分析，确定海侧风场出口最大高抗配置容量；
其中，考虑H4风场的充电功率跟无功损耗，其汇集到单回海缆可发出30.576Mvar的感性无功，H4风场出口处单回海缆的功率为200MW，其最大载流量为650A。根据公式1跟2，可以得出H4风场出口处单回海缆允许通过最大无功为164.47Mvar，为保障线路电流不超过最大载流量，可在海侧风场出口处配置最大高抗容量为133.894Mvar。
(5)进行不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析，得到满足载流量要求的高抗配置容量和补偿度；
由于海缆充电电容分布式效应明显，无功电流随着沿线充电功率的叠加而变化，为便于分析运行电流在海缆中分部情况，将本工程8公里陆缆和76公里海缆，分为1段8公里陆缆、1段6公里海缆+7段10公里海缆组成，并在海缆首末段高抗两侧布置小开关支路，共计13个支路。考虑在海缆登陆段其最大载流量为580A，以下分析不同补偿条件下，风场满功率方式海缆中各部分载流量大小，得出如下结论：
1)78％补偿度高抗64开分配(陆侧高抗2×75Mvar，海侧高抗2×65Mvar)；
在78％高抗补偿陆上侧与海上侧64开分配的情况下，13段海缆首端注入电流的变化趋势如图8所示。计算结果表明，海缆各段电流自中段向两侧增大，海侧高抗与海缆连接处，电流为最大，达到556A。
2)72％补偿度高抗55开分配(陆侧高抗2×70Mvar，海侧高抗2×70Mvar)；
在72％高抗补偿陆上侧与海上侧55开分配的情况下，13段海缆首端注入电流的变化趋势如图9所示。计算结果表明，海缆各段电流自中段向两侧增大，海侧高抗与海缆连接处，电流为最大，达到552A。
3)67％补偿度高抗55开分配(陆侧高抗2×60Mvar，海侧高抗2×60Mvar)；
在67％高抗补偿陆上侧与海上侧55开分配的情况下，13段海缆首端注入电流的变化趋势如图10所示。计算结果表明，海缆各段电流自中段向两侧增大，海侧高抗与海缆连接处，电流为最大，达到544A。
(6)对接入海缆的沿线电压分布进行分析，得到满足沿线电压要求的高抗配置容量和补偿度；
其中，采用78％、72％、67％的高抗补偿度，陆上侧与海上侧对应的采用64、55、55开比例进行配置，海缆沿线电压分布图如图11、12所示；
综上所述，可以看出，三种配置方案均可以将海缆沿线电压予以控制，陆上集控站和海上升压站的电压均满足要求。其中78％高抗补偿度、陆上海上采用64开的方案，控制效果较好。
(7)进行并网点电压波动分析，得到满足并网电压波动小于3.5％要求的动态无功补偿配置容量；
(8)对不同高抗配置方案经济性比较，确定最优的高抗容量和补偿度配置方案；
通过对如东H4海上风电场无功平衡分析，提出了三种不同高抗补偿度的无功配置方案；
本工程无功配置的最终推荐方案为优化方案一：在海缆两侧配置高压并联电抗器，补偿度78％，单回海缆配置容量140Mvar，按陆上侧75Mvar，海上侧65Mvar进行分配。在陆上侧配置45Mvar SVG和45Mvar低压电抗(MCR)，配套新建1台220/35kV、容量为100MVA的变压器。
本发明还提出了一种适用于海上风电接入***无功配置的***200，所述***包括：
数据建模单元201，针对海上风电接入***进行数据建模，获取数据模型，针对数据模型选取运行方式；
调整配置容量单元202，根据运行方式，调整数据模型的低压电容器及低压电抗器的配置容量，并确定调整值；
数据设置初始值单元203，对数据模型设置动态无功补偿初始值；
无功补偿初始值确定单元204，根据无功补偿初始值及最大/最小高抗配置容量，调整高抗配置容量及补偿度，并确定调整值；
无功补偿配置容量确定单元205，调整数据模型的，调整动态无功补偿配置容量，并确定调整值；
无功配置方案确定单元206，选取满足预设要求的调整值，作为无功配置方案，使用无功配置方案对海上风电接入***进行无功配置。
其中，运行方式包括：风零方式和风满方式。
其中，低压电容器及低压电抗器的配置容量，根据数据模型进行海上风电接入***的无功平衡分析确定，满足无功要求。
其中，调整高抗配置容量及补偿度，包括：
根据不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足载流量要求；
根据接入海缆的沿线电压分布分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足沿线电压要求；
或，根据电磁暂态分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足过电压要求。
其中，动态无功补偿配置容量，根据并网点电压波动分析确定，满足并网电压波动小于3.5％的要求。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种适用于海上风电接入***无功配置的方法，所述方法包括：
针对海上风电接入***进行数据建模，获取数据模型，针对数据模型选取运行方式；
根据运行方式，调整数据模型的低压电容器及低压电抗器的配置容量，并确定调整值；
所述低压电容器及低压电抗器的配置容量，根据数据模型进行海上风电接入***的无功平衡分析确定，满足无功要求；
对数据模型设置动态无功补偿初始值；
根据无功补偿初始值及最大/最小高抗配置容量，调整高抗配置容量及补偿度，并确定调整值；
所述调整高抗配置容量及补偿度，包括：
根据不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足载流量要求；
根据接入海缆的沿线电压分布分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足沿线电压要求；
或，根据电磁暂态分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足过电压要求；
调整数据模型的动态无功补偿配置容量，并确定调整值；
所述动态无功补偿配置容量，根据并网点电压波动分析确定，满足并网电压波动小于3.5％的要求；
选取满足预设要求的三个调整值，作为无功配置方案，使用无功配置方案对海上风电接入***进行无功配置。
2.根据权利要求1所述的方法，所述运行方式包括：风零方式和风满方式。
3.一种适用于海上风电接入***无功配置的***，所述***包括：
数据建模单元，针对海上风电接入***进行数据建模，获取数据模型，针对数据模型选取运行方式；
调整配置容量单元，根据运行方式，调整数据模型的低压电容器及低压电抗器的配置容量，并确定调整值；
所述低压电容器及低压电抗器的配置容量，根据数据模型进行海上风电接入***的无功平衡分析确定，满足无功要求；
数据设置初始值单元，对数据模型设置动态无功补偿初始值；
无功补偿初始值确定单元，根据无功补偿初始值及最大/最小高抗配置容量，调整高抗配置容量及补偿度，并确定调整值；
所述调整高抗配置容量及补偿度，包括：
根据不同补偿度和不同功率因数下的载流量计算分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足载流量要求；
根据接入海缆的沿线电压分布分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足沿线电压要求；
或，根据电磁暂态分析，调整高抗配置容量及补偿度，满足过电压要求；
无功补偿配置容量确定单元，调整数据模型的动态无功补偿配置容量，并确定调整值；
所述动态无功补偿配置容量，根据并网点电压波动分析确定，满足并网电压波动小于3.5％的要求；
无功配置方案确定单元，选取满足预设要求的三个调整值，作为无功配置方案，使用无功配置方案对海上风电接入***进行无功配置。
4.根据权利要求3所述的***，所述运行方式包括：风零方式和风满方式。
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