基于無功補償經(jīng)濟當(dāng)量計算的風(fēng)電場無功優(yōu)化

引言

某風(fēng)電場通過66kV輸電線路接入200kV變電站,當(dāng)風(fēng)電場的無功損耗通過變電站補償會增加輸電線路、風(fēng)電場主變的有功損耗,但通過風(fēng)電場主變低壓側(cè)的電容器組補償時,如果電容器組有功功率損耗大于輸電線路、風(fēng)電場主變的有功減少損耗,此時的無功補償也不經(jīng)濟。因此,在保證系統(tǒng)電壓合格的前提下,研究何時投入電容器組,對風(fēng)電場提高效能具有指導(dǎo)意義。本文采用DL/T686一1999《電力網(wǎng)電能損耗計算導(dǎo)則》中無功經(jīng)濟當(dāng)量法對無功補償降損電能進行計算。

1風(fēng)電場無功補償經(jīng)濟當(dāng)量計算

假設(shè)風(fēng)電場輸電線路電壓恒定,風(fēng)電場有功功率、無功功率恒定,風(fēng)電場所需無功通過輸電線路傳輸時,無功通過線路和風(fēng)電場主變的有功功率損耗(kW)分別為:

式中,PL、QL為風(fēng)電場不投無功補償裝置時輸電線路上傳輸?shù)挠泄β?kW)、無功功率(kvar):RL為輸電線路電阻(Q):UL為輸電線路電壓(kV):PT、QT為風(fēng)電場不投無功補償裝置時通過主變的有功功率(kW)、無功功率(kvar):P0、PK分別為變壓器的空載損耗、負載損耗(kW):sN為變壓器額定容量(kVA)。

當(dāng)風(fēng)電場無功補償裝置投入后,線路傳輸?shù)牟糠譄o功通過線路、主變產(chǎn)生的有功功率損耗(kW)為:

式中,QC為風(fēng)電場無功補償裝置容量(kvar)。

當(dāng)風(fēng)電場無功補償裝置投入后,線路傳輸?shù)牟糠譄o功通過線路、主變減少的有功功率損耗(kW)為:

又因為:

得:

式中,RT為變壓器等值電阻(Q):UN為變壓器額定電壓(kV)。

當(dāng)風(fēng)電場無功補償裝置投入時,其減少有功功率總損耗(kW)為:

無功補償裝置有功功率為PC(kW),則風(fēng)電場無功補償裝置投入后減少的有功功率凈損耗(kW)為:

無功補償經(jīng)濟當(dāng)量為:

無功補償經(jīng)濟當(dāng)量就是由于減少無功功率傳輸而降低的有功功率的損耗值與無功功率傳輸減少值的比值,單位為kW/kvar。當(dāng)CP=0時為臨界補償狀態(tài),此時無功補償減少的有功損耗與電容器組的有功損耗相等:當(dāng)CP>0時,就地補償有經(jīng)濟性:當(dāng)CP<0時,就地補償無經(jīng)濟性。

假設(shè)UL=UN、QT=QL,滿足臨界條件(CP=0)時輸電線路的臨界無功(kvar)為:

當(dāng)輸電線路無功大于此值時,風(fēng)電場投入無功補償裝置后才有經(jīng)濟性。

2實驗驗證

某風(fēng)電場輸電線路電阻4.08Q,主變額定容量50MVA,額定電壓66kV,負載損耗166.5kW,風(fēng)電場無功補償裝置為主變低壓側(cè)電容器組一組,有功損耗118.22kW,無功容量9000kvar,則此風(fēng)電場無功補償裝置投退的線路臨界無功為11046.57kvar。實驗結(jié)果如表1所示。

通過實驗數(shù)據(jù)可知,當(dāng)輸電線路無功為11Mvar時,電容器組投入后減少的有功損耗為120kW,稍大于電容器組的118.22kW:當(dāng)輸電線路無功為12Mvar時減少的有功損耗增大,與理論分析一致。由于理論推導(dǎo)時采用的算法進行了一些假設(shè),導(dǎo)致在計算臨界無功值時會產(chǎn)生一些誤差,但趨勢不變。通過實驗驗證,當(dāng)線路無功大于11Mvar時投入電容器組,無功優(yōu)化有經(jīng)濟性。

3結(jié)語

風(fēng)電場電容器組應(yīng)合理分組設(shè)計,如將實驗風(fēng)場的電容器組分成兩組,可大幅改善無功補償裝置的運行靈活性并提高補償效益,減少投入時對電網(wǎng)的沖擊。在并網(wǎng)點電壓滿足要求時合理安排電容器組的投切,可以起到風(fēng)電場降損的作用。