作为一种新型无污染的可再生能源, 现代风力发电产业以其较为成熟的技术、优越的经济性和巨大的市场吸引力已经成为电网电源中的一项重要组成部分。我国风力资源虽然比较丰富, 但大多集中在西北、华北和东北“三北地区”, 而电力负荷主要集中在东南沿海和中部地区。输电距离长、输送规模大是我国电网发展过程中的主要特点。因此, 在怎样提高电网输电能力方面出现了一些急待解决的技术问题。
提高输电线路输电能力主要是提高电力系统稳定水平, 包括提高静态稳定和暂态稳定水平。提高电力系统静态稳定和暂态稳定最根本的一点就是加强电网间的电气联系, 使系统内各元件在电气结构上更加紧密。
1 影响输电能力因素分析
电网输电能力受限原因主要有以下4个方面:线路热稳定水平的限制。主要原因是我国线路设备额定容量偏低。其次电网存在的电磁环网运行和主变容量不够也是原因之一;暂态稳定水平的限制。主要集中在远距离送出线路及跨省联络线, 由于电源长距离送出线路和网、省间联络线的电气联系相对薄弱, 使得暂态稳定问题比较突出, 部分断面存在的电磁环网也容易引发暂态稳定破坏;动态稳定水平的限制;负荷水平的限制。主要由于电网的电源规模还不够大、网架还不够坚强, 而负荷迅速增长必然影响线路的负载水平。
提高静态稳定水平主要是加强电网联系, 减小送、受端的联系电抗, 提高运行电压;提高暂态稳定水平的措施, 除增加系统承受扰动能力外, 还必须减少扰动量及缩短扰动时间。提高稳定的具体措施主要有:电压的提高和控制方面:主要有采用快速励磁调节、中间并联补偿等;减少电源间联系电抗方面:主要有采用串联电容补偿、采用分裂导线及紧凑型输电、加强电网主网架建设等;减少扰动量及多端扰动时间方面:主要有设置中间开关站、连锁切机及火电机组快速关闭进汽门、快速切除故障和自动重合闸等;其他方面:如采用灵活交流输电技术等。
2 电路模型
本文采用晶闸管控制串联电容补偿, 以电容的容抗补偿输电线路的感抗, 就能达到等值的缩短电气距离的目的, 从而提高系统运行的稳定性及输电能力。
下面通过建立电路模型描述晶闸管控制串联电容补偿提高输电能力的新方法。基本思路可以通过一个由固定电容器 (C) 和可变电抗器 (L) 相并联的电路的行为来表示, 其中, 可变电抗可由晶闸管触发控制, 如图1所示。
该LC并联电路的等效阻抗Zeq可以表达为:
如果 (ωC-1/ωL) >0, 则表示固定电容器 (C) 的电抗值比与之并联的可变电抗器 (L) 的电抗值小, 整个并联电路呈现为可变的容性电抗。
如果 (ωC-1/ωL) =0, 会产生谐振, 导致无穷大阻抗。
如果 (ωC-1/ωL) <0, 则表示LC并联电路的等效电感值大于固定电抗器本身的值, 这种情况对应于运行方式中的感性微调模式。
经分析可知, 电路模型有4种运行方式如下。
可控硅闭锁模式 (Thyristor blocked) :可控硅闭锁, 不导通。此时电路等值容抗为XC。对应的容抗值称之为基本容抗值, 电路投入前必然先运行于此模式, 所以该模式是运行的最基本模式。
容性微调模式 (Capacitive vernier operation) :可控硅触发角大于临界角度, 且低于180°, 电路等值容抗在XC～XCmax (最大允许容抗) 范围内调节。
旁路模式 (Thyristor bypassed) :即可控硅连续导通, 串联电容器被旁路, 电路的等效电抗为XL XC/ (XC-XL) 。通常是在系统故障期间运行于该模式, 以降低故障电流。
感性微调模式 (Inductive vernier operation) :可控硅触发角大于90°, 且低于临界角度。电路等值电抗在最大允许电抗范围内调节。
图2分别给出了上述晶闸管控制串联补偿基本运行模式下的各支路基波电流分布示意图。图中, 箭头方向表示电位相同, 相反则表示相位相差180°, 箭头粗细形象地代表基波电流幅值的大小。
3 结语
由以上分析可知, 通过控制调节晶闸管触发角, 使其在四种运行方式下灵活切换, 可以有效的改变串联补偿装置的电抗值, 以电容的容抗补偿输电线路产生的感抗, 从而缩短远距离风电场并网输电系统的电气距离, 达到提高输电能力的目的, 并可以提高电力系统暂态稳定, 阻尼线路功率的振荡, 抑制次同步振荡。是提高系统传输容量和稳定性的一种经济有效的手段对我国风电场并网远距离输电具有很大的现实意义。
摘要：为解决当前风电场并网输电距离太远, 输电能力不足的问题, 本文对影响电网输电能力的因素进行了分析, 提出采用晶闸管控制串联电容补偿方法实现对输电线路参数的动态调节。文章建立了晶闸管控制串联电容补偿的电路模型, 对电路模型的四种运行方式进行了详细研究, 分析得出晶闸管控制串联电容补偿能够有效缩短远距离风电场并网输电系统的电气距离, 达到提高输电能力的目的。
关键词：风电场,输电能力,晶闸管控制,串联补偿
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