風電場并網的無功補償

【摘要】在風電場并網裝機總容量不斷擴展的背景之下，機組總容量實現1500kW單位已極為普遍。由此，無功補償的重要價值更是不言而喻的。本文依據這一實際情況，建立在風電場并網運行的基本條件下，就異步發電機無功補償的控制原理進行了簡要的分析與闡述，進而結合某裝機容量1500kW機組在無功補償方面的實例，研究了相應的補償措施與策略，希望能夠為同類型實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

【關鍵詞】風電場；并網；無功補償；原理；策略

在風電場并網運行的狀態下，結合我國現行《國家電網公司風電場接入電網技術規定》中所涉及到的相關要求來看，在對風電場并網進行無功補償的過程當中，要求滿足以下幾個方面的基本條件：（1）對風電系統無功功率進行補償的過程當中，要求其高壓側的功率因數能夠控制在0.98單位以上；（2）要求所應用的無功補償裝置物攻輸出具有動態平滑調節的能力，能夠與風電場并網運行下的啟停機、風速變化等特殊條件相適應，確保無功補償能力的動態性與靈活性；（3）要求所應用的無功補償裝置能夠實現對電能質量的靈活調節，避免出現閃變、電壓波動等方面的問題；（4）要求所應用的無功補償裝置具有風電場并網電壓暫態調節支撐能力，低壓狀態下維持性能良好。本文即立足以上基本條件，對風電場并網無功補償的相關問題展開綜合分析與討論。

1.無功補償的基本工作原理分析

當電網正常運行狀態下，電壓波形表現為正弦波狀態時，且測定此狀態下的電壓相位與電流相位完全一致，則電阻性電氣設備自電網運行系統中所獲取的功率與電壓參數以及電流參數均呈正比例相關關系，且功率的計算可以通過如下方式實現：

P（運行功率）=U（電壓參數）*I（電流參數）；

而對于電動機、變壓器裝置等一類的電感性電氣設備而言，在其實際運行的過程當中，除涉及到電壓參數、電流參數對其功率產生的影響以外，由于其需要以磁場作為運行的載體支持，因此導致這部分電感性電氣設備所消耗的能量無法實現面向有功功率的轉化。而通常，我們將這部分無法轉化為有功功率的功率稱之為無功功率，定義為Q。在電感性電氣設備的運行過程當中，一旦出現無功功率，則意味著電流相對于電壓存在一定的滯后性，滯后形成的角度定義為α。基于以上分析，在電網運行系統對變配電設備進行選擇的過程當中，需要重點考量的因素為受到有功功率以及無功功率共同影響的視在功率。視在功率的取值為：

S（視在功率）=（P（有功功率）2+Q（無功功率）2）2；

其中，對于無功功率的取值就應當為：

Q（無功功率）=（S（視在功率）2-P（有功功率）2）1/2；

同時，對于有功功率相對于視在功率比值對應的功率因素而言，定義其以cosα的方式表述，則其取值應當為：

cosα（功率因數）=P（有功功率）/S（視在功率）；

由此可知：在存在無功功率的情況下，整個電網正常運行狀態下的電網負荷被明顯的加重，由此使得電網運行損耗明顯增大，需要通過就地補償，就近補償的方式加以解決。

2.風電場并網無功補償實例分析

本文所研究的大規模風電基地共涉及到12個風電場，總容量為1500MW，各風電場并網線路所對應的電壓等級均表現為220kV，最長送電線路距離為190km，最短送電線路距離為20km，送電線路總長度為606km。并網接入點為A電網送電通道上所接入的500kV變電站下屬220kV母線線路。整個風電場并網接入系統的基本結構示意圖如圖1所示。

結合圖1不難看出，所涉及到的風電場電力均是以15條220kV電壓等級的線路傳遞至并網點變電站所對應的220kV電壓等級母線線路當中。以上線路在實際運行狀態下對應產生的充電功率共計125Mvar單位，同時會使得局部電網系統的電壓水平呈現出比較明顯的升高趨勢。在風電場并網零出力的狀態下，各條輸電線路所對應形成的充電功率均需要傳遞至500kV電壓等級變電站運行系統當中，因此要求風電場通過增設感性無功裝置的方式，對其功率進行合理的補償。值得注意的一點是：據近幾年以來的統計資料數據顯示：本地區風力發電機組的年均發電運行時間在2200h以內，滿負荷狀態運行的機率較低，實際出力多在額定出力的40%～50%范圍之內。從這一角度上來說，風電場并網下的線路絕大部分時間多是以輕載狀態運行。且所對應的輸送功率≤自然功率。由此會導致各個點位的電壓數值升高。在通過感性無功補償裝置對220kV線路充電功率進行補償的過程當中，要求重點關注對以下幾個方面問題的研究：

1）在風電場并網發電機組零出力，且不采取任何無功補償措施的狀態臺下，并網點AX站點所對應的220kV電壓等級母線線路電壓水平上升8.0kV，G發電廠電壓上升17.8kV。同時，AC站點面向AA站點所傳輸的充電功率單位為30Mvar，AB站點面向AA站點所傳輸的充電功率單位為31Mvar，AA站點面向并網點AX所傳輸的充電功率單位為104Mvar。以上條件下，500kV系統所輸入的充電無功功率共計115Mvar。而在投入105Mvar無功補償裝置的情況下，并網點的電壓水平下降，G場電壓同樣下降，面向500kV系統所輸入的充電無功功率僅為0.1Mvar單位，基本可以視作無無功功率交換。

2）在風電場并網發電機組有功出力，且以50%為標準的情況下，要求面向整個并網機組通入79Mvar單位的容性無功補償裝置，以確保各個電網的電壓水平能夠維持在有效范圍之內，降低其與系統之間的無功功率交換。在風電場并網發電機組有功出力比值不斷提高的情況下，要求通過投入容性無功補償裝置，增加其投入數量的方式，達到無功補償的目的。特別是對于圖1中的AB→AA站點，AA→并網線路而言，由于其傳輸距離較長，導致無功損耗可能會受到輸送潮流比重的影響而有所增加，因此需要投入大量的容性無功補償裝置。

3.結束語

在異步發電機的正常運行過程當中，為了實現勵磁，要求以電網為對象，吸收存在滯后屬性的無功電流，達到激發勵磁作業的目的。而在吸收滯后勵磁的反應過程當中，整個電網運行系統的功率因素不可避免會有所降低。從這一角度上來說，為了能夠在確保整個電力系統運行質量的前提條件下，最大限度的避免線路運行損耗持續擴大，就要求在風電場的并網環境狀態下，對整個系統進行可靠的無功補償，而無功補償最主要的實施措施就在于：并聯電容。本文主要圍繞風電場并網無功補償的相關理論與實踐問題展開了綜合性的研究與分析，希望能夠為后續實踐工作的開展提供一定的參考與建議。

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