當前大規模風電場由數百臺甚至數千臺風電機組組成,它們類型多樣(雙饋風電機組、鼠籠式風電機組、直驅風電機組等),控制參數各異,而且運行方式各不相同。風電場大多地處偏遠地區,遠離負荷中心,其并網點短路比(SCR)隨著風電機組并網數量的增加而降低,形成弱交流系統。同時,大規模風電場常采用高壓直流輸電(HVDC)技術或串聯補償技術實現遠距離外送。相關研究表明,當風電場并入弱交流系統、含串聯補償系統,以及HVDC系統時,均可能發生次同步振蕩。
當前大規模風電場由數百臺甚至數千臺風電機組組成,它們類型多樣(雙饋風電機組、鼠籠式風電機組、直驅風電機組等),控制參數各異,而且運行方式各不相同。風電場大多地處偏遠地區,遠離負荷中心,其并網點短路比(SCR)隨著風電機組并網數量的增加而降低,形成弱交流系統。同時,大規模風電場常采用高壓直流輸電(HVDC)技術或串聯補償技術實現遠距離外送。相關研究表明,當風電場并入弱交流系統、含串聯補償系統,以及HVDC系統時,均可能發生次同步振蕩。
2009年10月,美國德州發生電網故障導致某雙饋風電場經過含75%串聯補償的線路并入電網,引發了20 Hz左右的次同步振蕩現象,系統電壓振蕩幅值超過2.0 pu,造成風電機組脫網及crowbar電路損壞。2011年以來,我國華北地區也多次出現以雙饋風電機組為主的風電場經串補線路送出時的次同步振蕩問題。國內某柔性直流輸電示范工程調試過程中,記錄過雙饋風電場接入基于模塊化多電平換流器的柔性直流(MMC-HVDC)系統時曾出現的振蕩頻率約為30Hz的次同步振蕩現象,導致柔直系統停運。
新疆哈密三塘湖地區為大規模風機集中并網并通過長距離交流送出,屬于典型的弱交流系統,該地區共有兩座220kV風電匯集站,分別為天電麻黃溝西風電匯集站和龍源麻黃溝東風電匯集站,兩個220kV風電匯集站共用一段220kV輸電線路,經由山北變電站接入750kV哈密變電站
2014年以來,隨著哈密三塘湖區域內風電場陸續并網,出現了不同程度的次同步振蕩現象,經過現場測試發現其振蕩頻率不固定,隨機分布于20Hz~50Hz之間,而且這種電壓、電流的振蕩還具有較快的發散速度,其振蕩時的電壓波形如圖2所示。
圖2為現場在線監測到的35kV母線線電壓實時波形和有效值曲線,由圖可見,系統電壓在39秒時刻由穩定狀態快速進入到了振蕩狀態,系統電壓有效值表現為上下波動的曲線,波動幅度達到6.2kV。
針對現場存在次同步振蕩現象,榮信公司以天山電力三塘湖風電場220kV主變下原有的兩套SVG為試點,在既有SVG設備基礎上,在不影響原有SVG主控制策略(恒電壓)、不增加硬件部件或設備的前提下,采用附加控制策略的方式對次同步振蕩進行抑制。
項目現場實測的次同步振蕩抑制功能的投入與退出時,系統電壓電流有效值曲線如圖4所示,圖5為抑制功能投入時的系統電壓、系統電流及SVG電流瞬時值波形。
從圖中可以看出,31s 時SVG退出抑制功能,系統電壓逐漸發散,而在51s 時投入抑制功能,系統電壓逐漸穩定。這也充分顯示了次同步振蕩抑制功能的有效性。
1. 新能源場站應用案例-風電 項目名稱:華能山西東馬坊風電場SVG項目 應用分類:風電場 項目要求:控制風電場110kV側母線電壓
據中央電視臺報道,2018年12月25日13時21分,隨著第57號風機的成功并網,國家電投大豐H3海上風電項目72臺風機順利實現全容量投產并網。標志著我國離岸最遠的海上風電場正式投入運營;標志著該項目順利實現全容量并網,創下了電力行業內同等規模海上風電項目建設及投運在當年開工、當年建成、當年收益的三項紀錄。也為我國在深海領域發展大容量、大規模海上風電積累了寶貴經驗。
福建省華安水電廠電力發展公司35kV金山2#變電站10kV母線接有裕興Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ路4條饋線,供華易鑫鐵廠負荷,其中裕興Ⅰ、Ⅱ路分別供兩臺容量為8000kVA電弧爐,裕興Ⅲ路供一臺容量為4000kVA精煉爐,裕興Ⅳ路供一臺容量630kVA動力變及5000kVA無功補償裝置。正常生產時,兩臺電弧爐和精煉爐會同時生產。
因為電弧爐工作時會產生很大無功沖擊,會使電網公共母線上產生較大的無功變動,且會產生不規則的低次諧波,對離此負荷較近的水力發電廠設備產生較大影響。現場反饋電弧爐工作時,水力發電機組的有功功率波動達6MW~7MW,有功功率的快速波動可能導致機組振動,對機組的長期穩定運行有著極大危害。
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