本發(fā)明涉及風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量分析方法。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的接入容量的算法仍采用傳統(tǒng)的火電、水電接入電網(wǎng)的算法，通常為潮流算法。
潮流算法采用夏大方式和冬小方式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)電網(wǎng)線路及電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況，計(jì)算電網(wǎng)能夠承受的風(fēng)電場(chǎng)，從而計(jì)算出風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的接入容量，潮流算法的的結(jié)果是電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算和故障分析的基礎(chǔ)，然而，對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目來說，潮流算法的基本屬性卻無法適應(yīng)。
風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響主要有電壓波動(dòng)和閃變、諧波及無功功率等。同時(shí)，電網(wǎng)也會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生反向作用，這主要體現(xiàn)如下：電壓偏差、動(dòng)態(tài)變動(dòng)、提高短路電流、諧波及二次諧波等。
目前，電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的接入容量的算法僅僅是通過潮流算法來確定，確定接入的電網(wǎng)是否能夠消納風(fēng)電場(chǎng)的接入容量，計(jì)算時(shí)，并未考慮以上眾多參數(shù)，只是在電能質(zhì)量分析中對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的以上參數(shù)進(jìn)行了基本的要求，這樣，計(jì)算出的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量顯然是不夠精確的，往往跟風(fēng)電場(chǎng)投產(chǎn)后實(shí)際的送出容量差別較大，造成了資源的浪費(fèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量分析方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量的計(jì)算采用潮流算法來確定，存 在計(jì)算不夠準(zhǔn)確以及風(fēng)電場(chǎng)的接入容量與風(fēng)電場(chǎng)投產(chǎn)后的送出容量差別較大的問題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，1、接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量分析方法，其特征在于，以電網(wǎng)的接入節(jié)點(diǎn)的短路容量為基礎(chǔ)，在短路容量已知的情況下，按照以下算法計(jì)算：
不同的風(fēng)機(jī)接入電網(wǎng)，基于以下公式(1)計(jì)算閃變值：
其中，PRWT為風(fēng)機(jī)的額定功率，Sk為電網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)的短路容量，c為風(fēng)機(jī)的閃變因子，λRWT為風(fēng)機(jī)的相角，其是基于最壞情況假設(shè)的；
對(duì)于整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)而言，基于以下公式(2)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的閃變值：
其中，n為風(fēng)機(jī)的數(shù)量，m為疊加系數(shù)；
風(fēng)機(jī)同一型號(hào)的風(fēng)機(jī)，公式(2)經(jīng)過簡(jiǎn)化后，基于以下公式(3)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的閃變值：
其中，SRWT為風(fēng)機(jī)的額定容量；
通過上述公式(3)計(jì)算得到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的閃變值Pltres，如果該閃變值Pltres大于指定標(biāo)準(zhǔn)的閃變值，則認(rèn)為風(fēng)電場(chǎng)的接入容量超過了電網(wǎng)的容許上限；
通過指定標(biāo)準(zhǔn)的閃變值以及優(yōu)化調(diào)整的閃變因子代入公式(3)中，可以得到風(fēng)機(jī)的數(shù)量，進(jìn)而得到風(fēng)電場(chǎng)的接入容量值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量分析方法中，可以根據(jù)對(duì)閃變因子的優(yōu)化調(diào)整，較為準(zhǔn)確的計(jì)算接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量，可以使風(fēng)電場(chǎng)的接入容量計(jì)算的更加精確，這樣，避免設(shè)計(jì)好的風(fēng)電場(chǎng)的 接入容量與投產(chǎn)后的風(fēng)電場(chǎng)的送出容量之間存在較大差異，避免出現(xiàn)資源的浪費(fèi)，使風(fēng)資源更加合理的運(yùn)用，減少風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的影響。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
本實(shí)施例提供的接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量分析方法，用于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)算接入電網(wǎng)中的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量，使得投產(chǎn)后的風(fēng)電場(chǎng)的送出容量與可接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量差異不大，進(jìn)而避免資源的浪費(fèi)。
接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量分析方法，具體如下：
以電網(wǎng)的接入節(jié)點(diǎn)的短路容量為基礎(chǔ)，在短路容量已知的情況下，按照以下算法計(jì)算：
不同的風(fēng)機(jī)接入電網(wǎng)，基于以下公式(1)計(jì)算閃變值：
其中，PRWT為風(fēng)機(jī)的額定功率，Sk為電網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)的短路容量，c為風(fēng)機(jī)的閃變因子，其可以從風(fēng)機(jī)產(chǎn)品出廠技術(shù)資料中找到，λRWT為風(fēng)機(jī)的相角，其是基于最壞情況假設(shè)的。
對(duì)于整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)而言，基于以下公式(2)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的閃變值：
其中，n為風(fēng)機(jī)的數(shù)量，m為疊加系數(shù)，通常取值為2。
通常情況是，成批次建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，風(fēng)機(jī)一般均為同一型號(hào)的風(fēng)機(jī)，這樣，則可以對(duì)公式(2)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，如果多批次不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)也可以分組進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過簡(jiǎn)化后，基于以下公式(3)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)的閃變值：
其中，SRWT為風(fēng)機(jī)的額定容量；
通過上述公式(3)計(jì)算得到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的閃變值Pltres，如果該閃變值Pltres大于指定標(biāo)準(zhǔn)的閃變值，則認(rèn)為風(fēng)電場(chǎng)的接入容量超過了電網(wǎng)的容許上限；
通過指定標(biāo)準(zhǔn)的閃變值以及優(yōu)化調(diào)整的閃變因子代入公式(3)中，可以得到風(fēng)機(jī)的數(shù)量，進(jìn)而得到風(fēng)電場(chǎng)的接入容量值。
上述提供的接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量分析方法中，可以根據(jù)對(duì)閃變因子的優(yōu)化調(diào)整，較為準(zhǔn)確的計(jì)算接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量，可以使風(fēng)電場(chǎng)的接入容量計(jì)算的更加精確，這樣，避免設(shè)計(jì)好的風(fēng)電場(chǎng)的接入容量與投產(chǎn)后的風(fēng)電場(chǎng)的送出容量之間存在較大差異，避免出現(xiàn)資源的浪費(fèi)，使風(fēng)資源更加合理的運(yùn)用，減少風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的影響。
本實(shí)施例中，當(dāng)電網(wǎng)的公共連接節(jié)點(diǎn)處并入一個(gè)以上的風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，應(yīng)總體考慮它們的影響，風(fēng)電場(chǎng)的接入容量原則上不宜超過上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25％。
在進(jìn)行分析時(shí)以及計(jì)算時(shí)，考慮到某區(qū)域內(nèi)多風(fēng)電場(chǎng)接入不同電壓等級(jí)(例如：35kV、110kV)變電站的情況下會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入容量產(chǎn)生影響。
不同的電壓等級(jí)和電網(wǎng)規(guī)模，在風(fēng)電場(chǎng)接入時(shí)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)影響也不一樣，不同的國(guó)家和地區(qū)對(duì)電壓波動(dòng)的上限值規(guī)定也不盡相同，如德國(guó)BDEW(2008)的為2％，而我國(guó)一般為3％。計(jì)算電壓波動(dòng)時(shí)主要考慮時(shí)間序列和長(zhǎng)期閃變的影響。負(fù)荷情況一般認(rèn)為大負(fù)荷時(shí)對(duì)電壓波動(dòng)影響相對(duì)較大，因此一般選擇風(fēng)機(jī)進(jìn)入額定風(fēng)速運(yùn)行的工況來進(jìn)行計(jì)算。
對(duì)閃變因子進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，通常來說，閃變因子主要取決于風(fēng)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)阻抗角和風(fēng)電場(chǎng)的年平均風(fēng)速，而我國(guó)的風(fēng)機(jī)參數(shù)與國(guó)外不同，且各地區(qū)的年平均風(fēng)速也差別較大，因此，在《海南省分布式風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃報(bào)告》中，考慮到我國(guó)常用風(fēng)機(jī)的型號(hào)及海南省各地區(qū)的風(fēng)資源情況，優(yōu)化調(diào)整了閃變因子值，使 得上述的分析方法更適用于我國(guó)分布式風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)接入容量的分析。
風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)的接入節(jié)點(diǎn)的短路容量的計(jì)算主要涉及的因素有：
集電線路的設(shè)計(jì)：涉及要計(jì)算的靜態(tài)指標(biāo)是線纜長(zhǎng)度、電阻率、感抗率和容抗率等；同時(shí)還要考慮工況溫度的影響；
主變：額定最高/低電壓，額定容量，空載損耗和短路損耗等指標(biāo)；
風(fēng)機(jī)：風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)類型及功率、功率因素、感性或容性、額定電壓、阻抗比。
另外，對(duì)于異步電機(jī)來說，I″k/Ir：暫態(tài)短路電流與額定電流比，和對(duì)于同步電機(jī)來說，X″d：瞬變阻抗，這兩個(gè)指標(biāo)也是計(jì)算要用到的重要指標(biāo)。
負(fù)荷情況：負(fù)荷的感性或容性指標(biāo)。
電網(wǎng)的接入節(jié)點(diǎn)的短路容量，由以下公式(4)計(jì)算：
其中，Ik是電網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)的短路電流，UN為電網(wǎng)的額定電壓；
電網(wǎng)的接入節(jié)點(diǎn)的短路電流，由以下公式(5)計(jì)算：
其中，Ik是電網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)的短路電流，ZQ為短路計(jì)算點(diǎn)與電源間的總電抗；
Ik短路電流不僅僅是與用戶端阻抗有關(guān)，更相關(guān)的是網(wǎng)絡(luò)阻抗值。無論是集中傳輸?shù)拇笠?guī)模風(fēng)電場(chǎng)還是分布式風(fēng)電場(chǎng)，要提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和傳輸效益，減少能量傳輸損耗，即應(yīng)該使傳輸電壓降最小化，網(wǎng)絡(luò)阻抗是主要因素，原則上應(yīng)盡可能降低連接負(fù)載。而對(duì)于分布式風(fēng)電場(chǎng)的接入，將直接增加電網(wǎng)的短路容量。
在電網(wǎng)側(cè)，按不同電壓等級(jí)配置電網(wǎng)，盡可能將電網(wǎng)劃分為若干子網(wǎng)；建立分布式電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)調(diào)度模式；提高同級(jí)電壓水平等級(jí)；盡可能與高壓系統(tǒng)相連等。與就地設(shè)施的互助，如主變盡量使用高壓抽頭UK；發(fā)電機(jī)采用高瞬變電抗XD；應(yīng)用特殊的變流裝置限制短路電流值等。
當(dāng)電網(wǎng)短路容量已知的情況下，接入節(jié)點(diǎn)的短路容量與集電線路的選擇和距 離關(guān)系密切，通常來說，離系統(tǒng)的距離越長(zhǎng)，短路容量下降也很明顯。而且，不能簡(jiǎn)單地通過增大線纜截面積就認(rèn)為可以增加短路容量，而更應(yīng)關(guān)注短路狀態(tài)下的電路導(dǎo)通率。
通常來說，閃變因子c主要取決于網(wǎng)絡(luò)阻抗角和風(fēng)電場(chǎng)的年平均風(fēng)速，通過表1可以看出閃變因子c的非線性變化，不過，現(xiàn)在的1MW至2MW機(jī)組的閃變因子c一般沒有這么高，通常閃變因子c為6～10左右，當(dāng)其它條件相同時(shí)，閃變因子c越高風(fēng)電場(chǎng)可裝機(jī)容量就會(huì)越有限。
表1閃變因子值
本實(shí)施例還提供了以下案例：
現(xiàn)假設(shè)擬建一個(gè)90MW的風(fēng)電場(chǎng)，20*4.5MW，兩臺(tái)主變，每臺(tái)主變?nèi)萘繛?0MVA，閃變因子值c＝45(暫按最大值考慮)，該風(fēng)電場(chǎng)擬接入的電網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)的短路容量Sk＝2000MVA。
上述數(shù)據(jù)代入公式(3)計(jì)算，如下：
計(jì)算結(jié)果表明，在本地區(qū)電網(wǎng)中，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的年平均風(fēng)速為V＝10m/s時(shí)，Ψ＝85°，電網(wǎng)是可以容納的。但是，當(dāng)我們用內(nèi)插法計(jì)算在Ψ＝90°且V＝10m/s時(shí)，c＝46，此時(shí)，則表明風(fēng)電場(chǎng)的接入容量超出了電網(wǎng)的容許上限。
上述計(jì)算是參照德國(guó)VEDW 0102 2001)標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算的，更為嚴(yán)重的情況是，按照IEC60909(2001)Pltres的邊界值為0.25，顯然，本風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)容量將大大 超出了電網(wǎng)的容許上限。
按目前國(guó)內(nèi)主流的2MW～3MW的風(fēng)機(jī)(此處按3MW計(jì)算)來設(shè)計(jì)，c按最大值取為28，在同樣的電網(wǎng)條件下，我們可以通過公式(3)反求風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)n，經(jīng)計(jì)算得到
n1＝120(按照VEDW 0102(2001))
n2＝35(按照IEC60909(2001))
計(jì)算結(jié)果表明，按照VEDW 0102(2001)，本風(fēng)電項(xiàng)目電網(wǎng)容許的可裝機(jī)容量為360MW，
而按照IEC60909(2001)，本風(fēng)電項(xiàng)目電網(wǎng)容許的可裝機(jī)容量?jī)H為105MW。
若本風(fēng)電場(chǎng)采用分布式并網(wǎng)，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》：當(dāng)公共連接點(diǎn)處并入一個(gè)以上的電源時(shí)，應(yīng)總體考慮它們的影響。分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25％。本風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)容許的可裝機(jī)容量為360*0.25＝90MW<105MW,接入容量則為90MW。
在《海南省分布式風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃報(bào)告》(省級(jí))中，我們運(yùn)用了該項(xiàng)分布式風(fēng)力發(fā)電接入容量分析技術(shù)，該技術(shù)的核心為短路容量計(jì)算法，短路容量計(jì)算法是一種能夠直接有效的算出電網(wǎng)容許風(fēng)電裝機(jī)容量的算法。該算法從分析短路電流計(jì)算的角度出發(fā)，通過對(duì)影響風(fēng)電接入的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，能夠直接有效的計(jì)算出電網(wǎng)容許分布式風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量。
在《海南省分布式風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃報(bào)告》中，首先通過風(fēng)能專業(yè)計(jì)算出海南省各市(縣)風(fēng)資源豐富地區(qū)，然后我們?cè)诟黠L(fēng)資源豐富地區(qū)附近尋找可接入的電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的短路容量，最后運(yùn)用分布式風(fēng)力發(fā)電接入容量分析技術(shù)中的短路容量計(jì)算法計(jì)算出各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的可接入容量。在《海南省分布式風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃報(bào)告》的評(píng)審會(huì)議中，該技術(shù)得到了海南省發(fā)改委領(lǐng)導(dǎo)及各評(píng)審專家的一致好評(píng)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。