風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行的無功管理

Hortensia Amaris博士是馬德里卡洛斯三世大學(xué)的教授和新能源系統(tǒng)電能質(zhì)量研究小組的帶頭人。她的研究領(lǐng)域是可再生能源并網(wǎng)尤其是風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)。她在這些研究領(lǐng)域內(nèi)建樹頗多并具有豐富的國際合作經(jīng)驗。她是數(shù)個國內(nèi)和國際委員會的會員，是國際電工技術(shù)委員會IEC TC 88/MT 21“并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機電能質(zhì)量特性測量與評估”專委會的西班牙代表，也是可再生能源系統(tǒng)與電能質(zhì)量不同研究機構(gòu)指導(dǎo)委員會的代表。她在卡洛斯三世大學(xué)電氣、電子與自動化系承擔了數(shù)門風(fēng)電場無功功率管理的研究生課程。

Monica Alonso博士是馬德里卡洛斯三世大學(xué)電氣工程系的副教授。她的研究領(lǐng)域是風(fēng)能和電動汽車等分布式能源的電力系統(tǒng)優(yōu)化。她在風(fēng)力發(fā)電預(yù)測和可再生能源并網(wǎng)方面做了大量的工作，在各種相關(guān)的期刊、會議發(fā)表了論文并出版了專著。她在馬德里卡洛斯三世大學(xué)承擔了數(shù)門電氣工程專業(yè)本科生的電力系統(tǒng)分析課程。

Carlos Alvarez Ortega博士是馬德里卡洛斯三世大學(xué)電氣工程系的副教授。他的研究領(lǐng)域是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電氣和電子技術(shù)。他也參與了數(shù)個國際合作項目。

前言

第1章 引言

第2章 柔性交流輸電系統(tǒng)裝置

第3章 風(fēng)力發(fā)電機

第4章 無功功率的優(yōu)化

第5章 風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性

第6章 無功功率管理

附錄 2100433B

大量風(fēng)力發(fā)電接入電力系統(tǒng)會帶來電壓穩(wěn)定性方面的問題，如何更好地解決這個問題近年來已經(jīng)成為電力系統(tǒng)無功功率規(guī)劃管理所必須要考慮的事情。本書在介紹各國電網(wǎng)運行規(guī)范、各種無功功率補償設(shè)備以及風(fēng)力發(fā)電機的基礎(chǔ)上，重點介紹了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行情況下的無功功率規(guī)劃管理控制策略及其相關(guān)的電壓穩(wěn)定性問題，最后分析了有大量風(fēng)力發(fā)電接入電力系統(tǒng)后無功功率優(yōu)化管理所帶來的效益。本書既有傳統(tǒng)無功功率補償方法的介紹，也有風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行后無功功率優(yōu)化管理的新型控制策略分析。因此，本書非常適合于從事電氣工程、新能源發(fā)電并網(wǎng)運行方向研究的工程師、研究生及高年級本科生閱讀。

第一章 總則

1．1目的和意義

農(nóng)村電網(wǎng)（以下簡稱“農(nóng)網(wǎng)”）電壓無功管理是縣級供電企業(yè)（以下簡稱“縣公司”）生產(chǎn)管理的重點內(nèi)容之一，提高電壓質(zhì)量、保持無功電力平衡是保證電網(wǎng)穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行的重要方法。“兩改一同價”以來，農(nóng)電管理體制發(fā)生了重大變化，電網(wǎng)建設(shè)也得到了飛速發(fā)展，農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量水平和調(diào)控能力有了明顯提高，但電壓無功規(guī)范化管理工作相對滯后。近年來，隨著 “一強三優(yōu)”現(xiàn)代化公司建設(shè)進程的加快，“兩個轉(zhuǎn)變”的大力推進，“三新”農(nóng)電發(fā)展戰(zhàn)略的深入實施，縣供電企業(yè)管理及農(nóng)村電網(wǎng)進入了新的發(fā)展時期。在新的時期下，精益化管理、標準化建設(shè)顯得尤為重要，原來的電壓無功管理方法已不能適應(yīng)農(nóng)電體制和電網(wǎng)發(fā)展的需要。因此，必須制訂一套健全的、適應(yīng)當前農(nóng)電體制和電網(wǎng)特點的電壓無功管理程序及工作標準，來規(guī)范和指導(dǎo)電壓無功管理工作。

1．2 制訂依據(jù)

國家電網(wǎng)公司《電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》

國家電網(wǎng)公司《關(guān)于印發(fā)國家電網(wǎng)公司農(nóng)村電網(wǎng)電壓無功和供電可靠性管理辦法的通知》（農(nóng)[2003]293號）文件

國家電網(wǎng)公司《關(guān)于建設(shè)一流縣供電企業(yè)考核管理工作的有關(guān)規(guī)定》（農(nóng)發(fā)[2003]5號）文件

國家電網(wǎng)公司《縣供電企業(yè)電能損耗規(guī)范化管理標準（試行）的通知》（農(nóng)管[2006]16號）文件

國家電網(wǎng)公司《110kV及以下縣級電網(wǎng)無功優(yōu)化補償技術(shù)規(guī)范和典型應(yīng)用模式》修改意見的通知（農(nóng)安函[2006]31號）

國家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)《國家電網(wǎng)公司農(nóng)網(wǎng)供電可靠率和供電電壓合格率指標考核辦法》的通知（農(nóng)安[2006]55號）

國家電網(wǎng)公司《關(guān)于加強農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量和無功電力管理工作的指導(dǎo)意見 》（農(nóng)安[2007]44號）

國家電網(wǎng)公司《關(guān)于加強農(nóng)網(wǎng)“兩率”管理提高供電質(zhì)量的通知》（農(nóng)安[2008]17號）

《河南省電力公司縣供電企業(yè)組織機構(gòu)設(shè)置指導(dǎo)意見》

《河南省農(nóng)網(wǎng)無功電壓小指標管理辦法（試行）》（豫電農(nóng)〔2005〕1037號）

國家電網(wǎng)公司《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補償技術(shù)原則》

《電壓監(jiān)測儀訂貨技術(shù)條件》DL 500-1992

《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50052-95

《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則（試行）》（SD325-1989）

《電能質(zhì)量、供電電壓允許偏差》（GB/T12325-2003）

《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》（GB/T14549-1993）

《電能質(zhì)量、三相電壓允許不平衡度》（GB/T15543-1995）

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作者依據(jù)現(xiàn)行有關(guān)無功補償和電壓管理的規(guī)程規(guī)范，在吸納專家的經(jīng)典理論、學(xué)術(shù)觀點以及新科研成果的基礎(chǔ)上，重新梳理了多年來從事電網(wǎng)無功電壓運行管理工作的實踐經(jīng)驗，幾易其稿編寫成《電網(wǎng)無功控制與無功補償》。|　 《電網(wǎng)無功控制與無功補償》全面、系統(tǒng)、詳盡地闡述了無功控制、無功補償、電壓調(diào)整、電壓穩(wěn)定、無功優(yōu)化、AVC、SVC、FACTS技術(shù)等專業(yè)知識，共分七章，主要內(nèi)容包括無功功率控制、電壓調(diào)整、電網(wǎng)無功優(yōu)化、電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)、電壓穩(wěn)定性、傳統(tǒng)的無功補償裝置和柔性輸電技術(shù)在電網(wǎng)無功控制中的應(yīng)用。|　 《電網(wǎng)無功控制與無功補償》可供從事電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、調(diào)度、運行及供電生產(chǎn)技術(shù)管理工作的技術(shù)人員和管理人員使用，也可供相關(guān)專業(yè)高等院校師生參考。|

無功功率是交流同步電網(wǎng)中最重要的因素之一，它與電網(wǎng)的供電能力、電能質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)損耗、安全穩(wěn)定運行水平等密切相關(guān)。電網(wǎng)中多數(shù)元件需要消耗無功功率，大多數(shù)用戶負荷也需要消耗無功功率，這些無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中的某個地方獲得，而無功功率傳輸又有諸多的限制條件，這就引出了無功平衡與無功補償?shù)膯栴}。在電網(wǎng)中完全不傳輸無功功率實際上是不可能的，除非在同一電網(wǎng)、同一電壓等級的節(jié)點上無功功率的產(chǎn)生與需要量相等。因此，經(jīng)?？梢砸姷皆谕浑娋W(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)中使用并聯(lián)電容器進行容性補償，而在輸電網(wǎng)絡(luò)中又使用并聯(lián)電抗器進行感性補償，以實現(xiàn)無功功率分層、分區(qū)就地平衡?？刂茻o功功率是保證供電質(zhì)量的基本方法。為保證電網(wǎng)各樞紐點和用戶側(cè)電壓在一定的范圍內(nèi)變化，需要對這些節(jié)點的電壓進行適當?shù)目刂?，而通過對輸電網(wǎng)絡(luò)中無功功率的控制，既可實現(xiàn)輸電網(wǎng)絡(luò)功率損耗最小，又可實現(xiàn)傳輸容量最大的目標。另外，從實質(zhì)上看，交流網(wǎng)絡(luò)輸電中的電壓穩(wěn)定問題及電壓崩潰問題還是無功功率控制問題。由于在交流同步電網(wǎng)中無功功率控制如此重要，因而無功功率控制與無功功率補償是本書討論的主要問題。無功功率優(yōu)化是電網(wǎng)無功功率控制的理想方式，它是通過合理調(diào)節(jié)變壓器的分接頭及投切無功補償設(shè)備，達到保持系統(tǒng)電壓水平、促進無功功率合理流動進而減小系統(tǒng)有功功率損耗的目標。預(yù)定目標綜合最佳的優(yōu)化問題，屬于多約束非線性組合優(yōu)化范疇。近幾年來，國內(nèi)外對電網(wǎng)無功優(yōu)化的研究已經(jīng)非常深入和廣泛，已提出的無功優(yōu)化求解方法有二次規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、內(nèi)點法、靈敏度法和單純形法，這些算法由于多數(shù)將離散變量作為連續(xù)變量處理，使求解時陷入局部最優(yōu)且時間過長。目前，利用遺傳算法求解非線性優(yōu)化問題較為成功，但仍然存在收斂速度慢、交叉和變異概率低等問題。本書對上述問題進行了較為詳細的論述。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，無功調(diào)節(jié)手段數(shù)目多，相互影響大。這些因素導(dǎo)致電網(wǎng)電壓/無功功率優(yōu)化控制問題的規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的電壓/無功功率優(yōu)化控制方法已不能滿足電力系統(tǒng)實際運行的需求。有必要在繼續(xù)增加本地無功資源、提高電壓控制能力的同時，建設(shè)自動電壓控制系統(tǒng)，以完善對電網(wǎng)無功電壓分布的綜合決策、調(diào)度和管理，優(yōu)化調(diào)度現(xiàn)有的無功電壓調(diào)控資源，提高系統(tǒng)滿足電能質(zhì)量、電網(wǎng)安全和經(jīng)濟運行等要求的能力，減輕運行人員工作量。而自動電壓/無功功率控制系統(tǒng)（Automatic Voltage Control,AVC）是利用電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，從整個系統(tǒng)角度科學(xué)決策出最佳的無功電壓調(diào)整方案，自動下發(fā)各個子站裝置，以電壓安全和優(yōu)質(zhì)為約束，以系統(tǒng)經(jīng)濟性運行為目標，采用連續(xù)閉環(huán)進行電壓的實時優(yōu)化控制，解決了無功電壓協(xié)調(diào)控制方案的在線生成、實時下發(fā)、閉環(huán)自動控制等一整套分析、決策、控制、實時追蹤的問題。AVC能夠有效地克服電網(wǎng)無功電壓控制中存在的不足，解決電網(wǎng)當前和未來面臨的電壓控制問題。隨著電力領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的無功功率控制技術(shù)得到了進一步豐富和提高。利用普通晶閘管相角控制的柔性輸電技術(shù)，對電網(wǎng)有功功率、無功功率進行快速、靈活調(diào)節(jié)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年且已經(jīng)成熟，國外應(yīng)用早且較為廣泛。近些年來，國內(nèi)在220 kV、500 kV和750 kV交/直流輸電工程中重點推廣應(yīng)用了串聯(lián)補償、可控串聯(lián)補償、靜止無功補償和可控電抗等輸電新技術(shù)，以不斷提高我國電網(wǎng)輸電能力和安全可靠性。本書由劉建英、張帆老師任主編，王飛和孟建平任副主編。本書項目一由王飛編寫，項目二、項目七由劉建英編寫，項目三、項目四由張帆編寫，項目五、項目六由孟建平編寫，林兆明參與編寫部分章節(jié)，同時，感謝李娜及陳利平對本書的審稿工作。由于編者水平有限，書中不當之處在所難免，敬請廣大讀者指正。