動態無功補償裝置對風電場電壓水平的影響分析

王繼偉 夏屹 黃青

摘 要：文章以某風電場風電機組的脫網現象，來對風電場的動態無功補償問題進行分析，以及無功補償裝置對風電場電壓的影響并提出了改進動態無功補償裝置的措施。

關鍵詞：風電場；動態無功補償裝置；電壓水平；改進措施

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-093-02

近年來，風電網的發展規模越來越大，而風電網運行的穩定性問題卻越來突出，風網脫落事故的發生不僅會影響人們日常的生產、生活，還會影響社會經濟的發展，本文結合某地區的實際例子來對動態無功補償裝置對風場電壓水平的影響進行分析。

1 動態無功補償裝置對風電場電壓的影響

以某風電場的電網電場為例，該風電場的送出系統總共有7個風電場組成的，而且其裝機容兩分別為3個600 MW，1個 800 MW，1個1 300 MW以及1個1 800 MW。

各風場送出的功率在經過變壓器進行升壓后，皆匯集到母線上，然后經過主變后，再送出其他的地域，而且，各個電廠的母線上都有配置無功補償裝置。

該風電場在運行在某種工況下，其總共的傳輸功率為 2 260 MW，然后設置一側的母線發生三相短路故障，然后在故障0.1 s之后，對故障進行切除動作。其具體的分析如下，如果該電場動態無功補償的響應時間為100 ms，那么，風機在進行低壓穿越以及高壓穿越的判據見表1及表2。

根據表1及表2的數據可知，該風電場在低電壓時沒有風機發生脫網的現象，但是，在高電壓時，有4個風機發生了脫網的現象，因此，系統的暫態響應曲線圖如圖1、2以及圖3所示。

由圖1、2以及3的顯示可知，當整個系統發生了短路故障時，無功補償裝置端的電壓曲線急劇下降，而由無功補償系統控制的電納全部投入到晶閘管控制電抗器上，閘管控制電抗器瞬間進入閉鎖的狀態，在故障切除后，風場電壓也得以恢復，由于此時的電納仍然較高，這就導致無功補償裝置的無功輸出仍然較高，系統的無功功率過多致使風機落網。圖1～3可以很明顯的看出無功輸出是導致風機落網的主要原因。

從上分析得知，無功補償裝置暫態調節的相應時間可以很大影響風機的暫態電壓，一旦該裝置不能夠滿足風電場而加快調節時，就會引起風機脫網現象的發生。根據有關數據顯示，風電場的動態無功補償裝置，其最佳動態的響應時間應小于 30 ms。

2 改進措施以及建議

2.1 開展動態無功補償裝置性能檢測及整改工作，加強 運行的管理工作

針對現階段電廠無功補償裝置運用不規范的現象，根據無功補償裝置容量、運行可靠性能以及配置上進行規范統一優化，以提高無功裝置運行的穩定性，進而減少對電網電壓的影響，除此之外，還可以通過無功裝置的開發商來提高無功裝置的技術性能，以滿足風電場對電壓的控制要求。

除了用加強無功補償裝置性能的方法來控制風電場的電壓外，還可以通過管理無功補償裝置運行的方式以達到控制風電場電壓的目的。即提高風電場現場運行、維護、修理人員的技術水平來提高無功補償裝置的現場管理水平，減少無功補償對風電網電壓的影響。

建立完善的無功補償信息管理機構，包括無功補償裝置的改造技術以及方案，建立相關的賬臺信息、網絡參數的管理方式以及工作的機制也是減少無功補償對風電網電壓影響的一個措施。

2.2 其他裝置的運用

由于無功補償裝置所輸出的無功特性對電壓的響應具有滯后性，故而，會使風機在低壓穿越后容易因為高壓而脫網，并且，無功補償裝置在系統短路時的無功支持能力有限，因此，可以考慮當風網系統發生短路故障時，將動態無功補償裝置也一并進行切除，而且有相關規范數據顯示，當動態無功補償裝置不能夠提供無功補償或者無功補償不足定容量的25%時，可以對動態無功補償裝置進行切除處理。

除此之外，為了提高風電機組在系統發生短路故障時的低壓穿越能力，可以考慮在系統故障的時間里接入一個風電機組的跨越器，這樣，系統內的無功功率就由網側變流器進行提供。

當風電場高壓側的母線電壓經過測量，其數值低于0.50 pu（對應的無功補償的容量不足額定容量的25%，該母線電壓閾值的選取具體可根據適應不同的故障范圍需要確定，閾值取的越大可適應的故障范圍越廣，但該閾值不應高于風電場穩態運行下升壓站高壓側母線電壓可能達到的最低電壓值）時，風電場無功控制系統的子站就會發出封閉無功補償控制裝置指令，同時，將風機跨接器轉接入電網的控制系統中，有風電機組網側的變流器為風網下同提供無功支持，而提高風機低壓穿越的能力，風機無功出力應滿足轉子側變流器電流不超過其最大值的限制。

故障切除后，當測量到風電場升壓站高壓側母線電壓不低于0.85 pu時，經延時控制中心提供的無功參考值計算出無功補償裝置的導入參考值，然后再次接入無功補償系統裝置，同時將風機跨越器退出，完成了整個故障期間的無功協調控制。

3 結 語

通過全文的敘述可以得出以下結論，風電網在進行供電時，風機電組在進行低壓穿越時不會發生脫網現象，但是在進行高壓穿越時會產生風電機組脫落的現象，當風網發生故障時，風電機組因故障期間的電壓過高而導致脫落，在對風網故障進行切除時，可以將無功補償裝置一并進行切除，然后由風機跨接器進行對系統的無功控制，故障切除后，再將風機跨接器退出，重新接入無功補償裝置。

參考文獻：

[1] 崔正湃，王皓靖，馬鎖明，等.大規模風電匯集系統動態無功補償裝置 運行現狀及提升措施[J].電網技術，2015，（7）.

[2] 吳林林，李海青，王皓靖，等.動態無功補償裝置抑制風電匯集地區高 電壓問題的可行性研究[J].華北電力技術，2014，（10）.

[3] 范高鋒，裴哲義，肖洋，等.風電場動態無功補償裝置響應速度及其檢 測方法研究[J].智能電網，2015，（2）.

[4] 高峰，張元棟，張梅，等.大型風電場無功特性對其低電壓穿越能力 的影響[J].可再生能源，2015，（4）.

[5] 林勇，王濤，陳曉東，等.風電場無功補償容量配置及優化運行[J].風電 技術，2013，（3）.