淺議風電場升壓站35kv側就地動態無功補償裝置

摘 要：在電力緊缺和能源危機日趨嚴重的今天，風力發電具有重要的戰略地位。風力發電的顯著特點之一是它的波動性和間接性，這直接導致了風電場并網運行時的電能質量問題及系統穩定性問題。風電場一般都是接入電網末端的弱系統，電網無法提供大量無功，風機設計時無功率容量只考慮補嘗到風機并網點，最經濟最理想的解決方案就是在35kv匯流母線上安裝SVC。它不緊能夠將接入點的電壓穩定在要求的范圍之內，還可以最大限度避免電網故障對弱電系統不良沖擊，同時減少線路損耗提供供電效能，在實際應用中，傳統的并聯電容器無功功率補償方法已經不能滿足風電場電壓控制的要求，而風電場動態無功補償的主要作用是解決電壓控制，同時兼有提高電力系統運行穩定性、增加風電場的輸出能力和提高經濟效益的作用等特點，據此選擇動態無功補償設備是解決上述問題的最好手段。文章對風電場升壓站35kv設計中的三種常用的動態無功補償裝置進行介紹分析，探討SVG、MCR與TCR在應用中的特性并對這三種裝置進行性能比較。

關鍵詞：風電場；動態無功補償裝置；SVC

1 引言

隨著我國開采煤炭、石油等不可再生能源匱乏程度的逐年增長，首要面對的就是能源危機，勢必要開發一些新能源將傳統能源進行取代，風力發電便是在這樣的大環境下面世并進行迅猛發展。而風力發電由于風力的隨機性、風速變化等因素或者機組本身的塔影效應、風剪切、偏航誤差以及葉片重力偏差等特性因素都可以對電網電壓造成影響，這種影響嚴重危害了用電的安全穩定性。

為了能夠將風力發電的比例提升，更好的將風力資源開發利用，必須要有一套科學、合理的設計規劃，可以有效的對風電場系統的運行能力進行改善。可以通過兩種途徑達到預期效果：（1）采用調節裝置（如動態無功補償裝置，即SVC）可以靈活的對系統的性能進行改善。（2）采用性能比較優良的風電機組（如雙饋感應發電機等）來改善系統的性能。而第一種途徑中提到的動態無功補償裝置，憑借其科學、高效的優勢，對風電場升壓站的電能質量穩定與安全穩定運行起到了非常大的作用。

2 三種常用的動態無功補償裝置的介紹

“靜止”是針對調相機的同步旋轉而言的。

“動態”是指可以快速補償、實時監測。Static Var Compensator（簡稱SVC）是靜止式相控電抗器式的動態無功補償裝置。有以下幾個特點：（1）平衡負荷的無功；（2）抑制高次諧波和負序；（3）三相同時或分相調節有功。其特點可以提高運作效率、改善供電系統電能的質量，這一裝置提高了無功調節器的反應速度，但是仍屬于阻抗型的裝置，它的補償功能還是會受到參數的影響，電抗器本身是諧波源，很容易的產生諧波電壓過大和諧振等嚴重問題。

SVC中的抗點器式用來提供感性無功和抑制諧波的；并聯電容器是無功補償的承擔者，是用來提供容性無功的；可控電抗器因電容器的無功不服大，補償的細度不好，所以要用可調的電抗器調節，讓容性無功可以按線路供給，分為MCR和TCR兩種；放電圈則是用來為電容器放電的。

2.1 MCR的特點

（1）諧波特性。磁控電抗器在單相運行下，不用濾波器時，MCR的諧波變形率小于3%，因此MCR不能用特定的濾波裝置；（2）有功損耗。采用新型的屏蔽式鐵心結構讓鐵心飽和的區域漏磁，經過相鄰的不飽和的區域從而變成自屏蔽，因為整個自屏蔽是由飽和區和非飽和區交替組成的，所以降低了電抗器的有功耗損；（3）動態連續性。MCR是通過調節器附加的線圈的晶閘管導通角達到快速、平滑而改變感性的無功輸出，晶閘管觸發導通角，可以有效的調節的范圍在0°～180°之間，比TCR的調節范圍更大；（4）運行穩定性。NCR的核心控制是晶閘管接在控制繞組中，它的發熱小、所經過的電流小、承受的電壓低，也就是說無需冷卻系統，它仍可穩定可靠地運行；（5）體積小。MCR可以升級為油式自冷卻型，也可設計為干式的，設計靈活、結構緊湊。

2.2 TCR的特點

（1） 諧波特性。TCR采用的是相控技術，在動態調節的同時還會向系統輸入不同的諧波，各諧波中的含量隨晶閘管控制角的不同而有所變化；（2）有功損耗。TCR的有功損耗包括電抗器的自身電阻損耗、晶閘管導通和輪換，以及所配備的散熱器等的系統損耗；（3）動態連續性。TCR在裝置中的主要作用是可變感性的無功功率，晶閘管的觸發角僅有效的移動范圍是90°～180°，可以實現感性無功的平滑調節和功率的快速反應；（4）體積大。在應用中，TCR需要一個冷卻系統，現在冷卻方式以水冷卻在主導地位，水冷卻系統對其散熱或場所需要的占地面積大，日常維護工作量也較大。

2.3 SVG的特點

SVG則是SVC的升級版本，優于SVC，是第三代的動態無功補償裝置，采用基于電壓逆變器組成無功補償，使用噠功率電子器件開關實現能量的轉變。SVG包括了傳統的一切功能，并且體積小、性能好、速度快、補償能力強。除此以外它還具有安全系數高、占地面積小和可將SVG動態的無功補償從感性連續調節為容性的特點。SVG電路有電壓型橋式和電流型橋式2種類型，在實際應用中由于運行效率的原因，迄今投入使用的SVG大多為電壓型，它的結構簡單，能量損耗小，成本低且易控制。

3 三種動態無功補償裝置性能比較

SVG其占地面積小，雖然價格較高，但后期運行中的損耗與維護費用較低。MCR有著價格低，運行損耗高的特點，因此小型風電場較為適宜選擇MCR裝置。由于TCR的晶閘管是在高壓回路中直接安裝，所以其后期損耗與故障率是最高的，不適宜長期應用在風電場升壓站中。由此可以看出SVG型SVC是我國無功補償裝置未來的發展趨勢。

4 結束語

隨著風電場建設規模的增大，裝機容量的大幅上升，其接入系統后對電網的影響也日益嚴重。風電場的隨機波動的負荷特性及所處于電網末端的特點，導致風電場所在的系統質量問題及系統穩定性問題日益突出，而動態無功補償裝置在維持風電場并網點電壓平衡、維持電力系統暫態穩定、改善電能質量等方面起著重要作用。SVG型動態無功補償裝置可以有效的降低線損，提高電壓的穩定性與安全性，在未來的發展中有無限前景。

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