张北站110kV母线所接风电场最优分配方法

张北站110kV母线所接风电场最优分配方法
穆亮;郭立才;何涛
【摘要】随着风电场的快速投产,张北站的变电容量明显不足.为充分利用张北主变的容量,最大限度地将清洁能源送出,维护各风电场的经济利益,文章通过建立数学模型,应用运筹学的分析方法计算出更为合理的110 kV母线分配方式,结果表明,应用此方法可以取得较理想的效果.
【期刊名称】《华北电力技术》
【年(卷),期】2012(000)009
【总页数】3页(P24-25,30)
【关键词】风电;分配方式;主变过载
【作者】穆亮;郭立才;何涛
【作者单位】张家口供电公司,河北张家口075000;张家口供电公司,河北张家口075000;张家口供电公司,河北张家口075000
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
0 引言
随着张北地区风电场的快速建设和投产，接入张北站的110 kV风电场装机容量已远超过主变的变电容量，在大风时段，风电场上送电力往往会超过主变容量，致使张北主变严重过载。

针对上述情况，我们根据各风电场的实际装机容量及张北站
110 kV母线运行方式，制定了《张北站所带风电场控制出力方案》以供调度员使用。

但投入使用后发现在风机小发时段，会出现有的主变过载严重，需控制风电出力，而有的主变却欠载运行，究其原因是由于母线分配方式不合理造成的。

为了保证电网及电力设备的安全稳定运行，充分吸收清洁的风能，提高风电场的经济效益，迫切需要用科学的方法来制定更为合理的母线分配方式，以达到在保证主变不过载的前提下尽最大可能使各个风电场风机的利益最大的目的。

1 张北站基本情况
目前张北站共有3台220 kV变压器，各台主变的参数如表1所示。

表1 主变参数主变编号额定容量/MVA 额定电压/kV 1号120/120/60 220 ±8
×1.5%/115/38.5 2 号120/120/60 220 ±8 ×1.5%/121/38.5 3号180/180/90 220 ±8 ×1.5%/115/38.5
其中1号、2号、3号主变110 kV侧的额定电流分别为602 A、572 A、903 A。

总变电容量为420 MVA。

张北站的电气主接线如图1所示。

正常运行方式:220 kV母线并列运行，母联2245开关在合闸位置，1号、2号变
中压侧101、102开关在110 kV 4号母线上并列运行，3号变中压侧103开关在110 kV 5号母线上运行，110 kV母联145开关在分闸位置。

图1 张北站电气主接线图
2 接入张北站的各风电场情况
目前共有8座风电场接入张北站，各风电场的总装机容量之和为806.3 MW，详
细情况见表2。

表2 各风电场并网情况风电场名称并网线路名称并网容量99国投风电场张投一线 94.5国华风电场张华一线 99国华风电场张华二线 84龙源风电场张龙一线
75曹碾沟风电场张碾线 49.5卧龙山风电场康龙二线—张康线 79.5清三营风电
场庙清一线—张庙二线 98.6五花坪风电场沽坪二线—庙沽一线—张庙一线 80.1
风电检测中心张检线/MW国投风电场张投一线47.1
3 必要的前提条件
(1)为保证风电场并网的可靠性，需将张投双回线、张华双回线均分在110 kV不同的母线上运行。

(2)为确保对庙洼站、二台站的供电可靠性，张庙双回线必须分别在张北站110 kV 不同的母线上运行。

(3)假设在同一时间各个风电场的风速相等。

(4)分析时不考虑张北站所带的各110 kV站的本地负荷(约50 MW)。

4 分析计算
张北站110 kV母线分段运行，110 kV 5号、4号母线的变电容量比值
为:180/240=3/4=0.75。

设接入5号母线的风电场总容量为X，接入4号母线的风电场总容量为Y，则有方程组:
X+Y=806.3 MW
X/Y=0.75
解出 X=345.56 MW，Y=460.74 MW
那么在理想状态下张北站110 kV 4号、5号母线所带风电的装机容量分别为460.74 MW 、345.56 MW时，张北站110 kV母线将达到最优分配，张北站3台主变的负载率均达到最大。

依据《运筹学》中“0-1型整数规划”进行分析，设每个风电场的装机容量为
Ci(价值系数)，引入0-1 变量(决策变量)Xi(i=1，2，……，10)，则有:
张投一线:C1=99 MW，X1
张投二线:C2=94.5 MW，X2
张华一线:C3=99 MW，X3
张华一线:C4=84 MW，X4
张庙一线:C5=98.6 MW，X5
张庙二线:C6=80.1 MW，X6
张康线:C7=79.5 MW，X7
张龙一线:C8=75 MW，X8
张碾线:C9=49.5 MW，X9
张检线:C10=47.1 MW，X10
当Xi=1时，表示该线路在张北站110 kV 5号母线运行;当Xi=0时，表示该线路不在张北站110 kV 5号母线运行。

根据分析可知，当接入5号母线的风电场总容量∑CiXi与5号母线的理想容量之差Z最小时，母线的分配方式将达到最优，因此
建立目标函数:
MinZ=│X－∑CiXi│
约束条件为:
X1、X2、X3、……X10取整数 1 或 0
X1+X2+X3+……+X10≤10
X1+X2=1，X3+X4=1，X5+X6=1
其中 i=1，2，3，……，10
根据以上条件进行规划求解，得到在X1=1、X3=1、X5=1、X9=1，其余 Xi值均为0 时，实际接入5号母线上风电场的总容量与理想值的差值最小(最小值
Min=0.54)。

将结果与未调整前的母线分配方式进行对比，见表3。

表3 母线分配方式对比表母线分配方式调整前母线分配方式调整后5号母线张投一线、张华一线、张庙一线、张检线5号母线张投一线、张华一线、张庙一线、张碾线4号母线张投二线、张华二线、张庙二线、张康线、张龙一线、张碾线4
号母线张投二线、张华二线、张庙二线、张康线、张龙一线、张检线差值 1.86 MW 差值0.54 MW
从表3中可以看出，采用本方法能更大限度地提高张北主变的利用率，经济效果明显。

5 结束语
根据上面的计算结果调整张北站110 kV母线分配方式，可以使张北站主变容量充分得以利用，清洁的风力资源可以更多地送出。

此方法同样适用于双母线接线的纯负荷站，但是在实际应用时要考虑留有一定的裕度，以此来保证电网设备不过载。

参考文献
【相关文献】
［1］张莹.运筹学基础.北京:清华大学出版社，1994.。