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大型风电场并网的技术经济探讨

导读: 随着我国风电事业的发展,大规模风电场及超大规模风电场并网已经越来越多,面对大规模风电并网的诸多问题,本文从并网的形式及并网点选择、风电场建设及主变选择、无功功率补偿几个方面阐述并网技术给风电建设带来的经济性。

  摘要:随着我国风电事业的发展,大规模风电场及超大规模风电场并网已经越来越多,面对大规模风电并网的诸多问题,本文从并网的形式及并网点选择、风电场建设及主变选择、无功功率补偿几个方面阐述并网技术给风电建设带来的经济性。

  关键词:风电穿透功率极限、风电场短路容量比、动态无功补偿

  概要

  我国风电装机容量在过去10年的年平均增长速度达到46%;中国有望成为世界最大的风电市场。按照国内目前的行业平均水平,每千瓦风电装机容量的成本为8000-10000元,每度风电的成本约为0.4-0.5元,与造价约4000元/千瓦的煤炭、石油等常规能源电厂相比,风电场的造价大约高出1倍。但是近十年统计表明,风力发电能力每增加一倍,成本就会下降15%。随着我国风电场建设规模逐步增大,其成本将会随之进一步降低。但是伴随着装机容量的大幅上升,风力发电并网问题日益突出。

  目前,我国正在全力建设风力发电,风电场模日益增大。100MW装机容量以上的大型风电场建设计划成为主流。而因此,在并网风电场的规划设计阶段,从保证风电场和电力系统正常运行的角度考虑,必须深入研究大型风电场的并网的各种问题。

  1 并网的形式及并网点选择的经济性分析

  目前风电场并网的主要方案有两个,一是由风电机组经35kV箱式变升压到35kV并汇集到35kV母线后直接接入电网;二是由风电机组经35kV箱式变升压到35kV通过汇流站升压站到110kV或220kV电压等级接入电网。前一个的好处是风电场不需要建设汇流站,节约成本,但是受输送距离短等原因限制,其并网接入点只能就近选择。而建设汇流站虽然需要一定的成本投入,但是有其传输距离长,传输效率高等优点。关键是在并网点的选择上有了很大的自主性。而并网点的选择基本决定了风电并网的规模。而对并网点的风电穿透功率极限及风电场短路容量比确定是并网点选择的关键 [1]。风电出力随机性及风电场电气联系薄弱等特点,限制了风电场接入系统的方式和规模;因此首先要确定所并入电网的最大承受风电注入功率。

  风电穿透功率极限:风电穿透功率极限(wind power penetration)是指系统中风电场装机容量占系统总负荷的比例,表征一个给定规模的电网最大可以承受的风电功率[2]。根据欧洲国家的一些统计数据,风电穿透功率达到10 %是可行的。风电穿透功率极限的计算公式为:

  确定这一指标,首先要考虑到风电的随机性和不可控性,在风电投入和退出运行的2种情况下,电力系统的可调节容量应能保证电网频率的变化在允许的范围内。

  风电场短路容量比:定义为风电场而额定容量Pwind与该风电场与电力系统的连接点-PCC(Point of Common Coupling)的短路容量Ssc之比[3]。该公式为:

  短路容量比通常是指电气设备安装处的短路容量与其设备容量的比值。这里风电场的短路容量的概念实际上是普通意义上短路容量比的倒数。其大小表明系统承受风电扰动能力的强弱。对于风电场的短路容量比这一指标,欧洲国家给出的经验数据为3.3%-- 5%,日本学者认为短路比在l0%左右也是允许的。

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