風(fēng)電場(chǎng)SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行特性

薛澤華

摘 要：靜止同步補(bǔ)償器是最近幾年推出的新型無(wú)功補(bǔ)償裝置，被廣泛應(yīng)用于電場(chǎng)中。本文首先分析無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展歷史，然后闡述SVG無(wú)功功率裝置的工作原理和系統(tǒng)組成，最后探討SVG在風(fēng)電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，以期為相關(guān)學(xué)者提供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)；TCR；SVG

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3；TU5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）08-0053-02

Operation Characteristics of SVG Reactive Power

Compensator in Wind Farm

XUE Zehua

（Datang Henan Clean Energy Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450018）

Absent： The static synchronous compensator is a new type of reactive power compensation device introduced in recent years. It is widely used in electric field. This paper first analyzed the development history of reactive power compensation device， then expounded the working principle and system composition of SVG reactive power device， and finally discussed the specific application of SVG in the wind power system， in order to provide reference for the relevant scholars.

Keywords： wind electric field； TCR；SVG

1 研究背景

在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，電子設(shè)備不僅會(huì)消耗大量的有功功率，而且會(huì)消耗大量的無(wú)功功率。由于風(fēng)電場(chǎng)允許就近上網(wǎng)，因此，在消耗無(wú)功功率的同時(shí)，電網(wǎng)系統(tǒng)中也會(huì)產(chǎn)生一系列問(wèn)題，如功率較低、電壓波動(dòng)幅度較大等。而這不僅會(huì)逐漸降低區(qū)域電網(wǎng)供電的電能質(zhì)量，而且會(huì)導(dǎo)致區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)，從而極大地影響區(qū)域電網(wǎng)的安全性和精確性。電網(wǎng)系統(tǒng)中也存在大量的諧波分量，因此，有必要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理。為了補(bǔ)償電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率和諧波，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，為居民提供一個(gè)良好的用電環(huán)境，將柔性交流輸電技術(shù)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）應(yīng)用到風(fēng)電場(chǎng)就顯得尤為重要。SVG系統(tǒng)中的無(wú)功功率補(bǔ)償不僅可以降低耗電量，還可以減少對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的破壞，減小對(duì)電網(wǎng)風(fēng)機(jī)的影響。

本文首先結(jié)合我國(guó)目前電力系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)分析電網(wǎng)系統(tǒng)中不同類(lèi)型的電力配置，然后結(jié)合無(wú)功功率的特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)中的配置組成和功能特征進(jìn)行分析。

2 無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展

目前，大多數(shù)電網(wǎng)系統(tǒng)都有一個(gè)共同點(diǎn)：在發(fā)電時(shí)不僅會(huì)消耗大量的有功功率，而且會(huì)吸收大量的無(wú)功功率，在消耗和吸收功率的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)和電網(wǎng)安全性不穩(wěn)定。基于此，我國(guó)采用在電網(wǎng)消耗無(wú)功功率時(shí)配備靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）的方式來(lái)解決這一問(wèn)題。SVC的發(fā)展歷程大致可簡(jiǎn)單分為以下三個(gè)階段。

①早期主要采用并聯(lián)的電容器組實(shí)現(xiàn)靜態(tài)補(bǔ)償裝置，即采用電容器來(lái)補(bǔ)償容器的容性無(wú)功功率。后來(lái)又使用可以控制的電壓器，采用電網(wǎng)運(yùn)行直流的方式對(duì)電流進(jìn)行斷續(xù)式調(diào)整，這有利于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的連續(xù)性。但是，這兩種運(yùn)行方式都存在固有的弊端，安全性較差，可調(diào)節(jié)能力較差，不利于市場(chǎng)推廣，目前已經(jīng)基本被淘汰[1]。

②目前廣泛采用晶閘管控制電抗器與固定電容器配合使用的靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，這種無(wú)功補(bǔ)償裝置已經(jīng)比較成熟，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤負(fù)荷的變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

③靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功發(fā)生器SVG（Static Var Generator ），這種無(wú)功功率補(bǔ)償主要是基于電壓源型逆變器的原理。國(guó)際上的通用稱呼為：靜止同步補(bǔ)償器。

這種靜止同步補(bǔ)償器是最近幾年才推出來(lái)的新型無(wú)功補(bǔ)償裝置。這種新型的配套裝置需要采用大量的絕緣裝置、雙極性晶體管，這樣才能輸出更大電量，才能提供一個(gè)更有力的供電組織，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的雙向補(bǔ)償，既可以輸出感性無(wú)功又可以輸出容性無(wú)功。

3 SVG無(wú)功功率裝置的工作原理

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于有很大一部分電力消耗，往往會(huì)造成無(wú)功功率容量出現(xiàn)不斷降低的趨勢(shì)，并且也會(huì)使得供電系統(tǒng)中的電能功率不斷降低。為了解決該問(wèn)題，需要對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，在電網(wǎng)系統(tǒng)中安裝可以提供穩(wěn)定性的裝置，即SVG無(wú)功補(bǔ)償配置[2]。

4 SVG系統(tǒng)組成

SVG系統(tǒng)主要由系統(tǒng)啟動(dòng)單元、連接變壓器、IGBT模塊、FC單元和控制單元等各生產(chǎn)系統(tǒng)組成。

4.1 SVG系統(tǒng)中的連接變壓器

連接變壓器是SVG系統(tǒng)中較為重要的一個(gè)裝置，其在電網(wǎng)系統(tǒng)中屬于較為有效的配置。市場(chǎng)上通用的變壓器可以有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，并有效實(shí)現(xiàn)靜止無(wú)功發(fā)生器的功能。

4.2 SVG系統(tǒng)中的IGBT模塊

SVG系統(tǒng)中的IGBT模塊也屬于比較重要的設(shè)備，其可以將2個(gè)電路甚至多個(gè)電路進(jìn)行串聯(lián)，進(jìn)一步提高電網(wǎng)的利用率，從而達(dá)到電壓疊加的基本目的。

4.3 SVG系統(tǒng)中的FC單元

目前，SVG系統(tǒng)配備FC單元后可以極大地提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率。但其費(fèi)用較高，會(huì)增加系統(tǒng)造價(jià)。因此，目前市場(chǎng)上對(duì)這一配置的需求還較少。在風(fēng)電系統(tǒng)中，廣泛采用將FC并聯(lián)到SVG的方式。例如，某風(fēng)電場(chǎng)需要調(diào)節(jié)26Mvar無(wú)功功率，則配置±13Mvar的SVG，并聯(lián)13Mvar的FC[3]。

4.4 SVG系統(tǒng)中的控制單元

在SVG控制系統(tǒng)中，控制單元也屬于其中一個(gè)較為重要的組成部分，其可以精準(zhǔn)地計(jì)算出電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行情況，使電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中保持相對(duì)較為穩(wěn)定的模式。

5 SVG在風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用的案例

5.1 SVG系統(tǒng)補(bǔ)償容量計(jì)算思路

SVG無(wú)功發(fā)生裝置在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，裝置僅提供恒無(wú)功和負(fù)荷補(bǔ)償兩種運(yùn)行方式。如果采用負(fù)荷補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式，電網(wǎng)系統(tǒng)中電量負(fù)荷會(huì)有效地保持在恒定狀態(tài)，或?qū)崿F(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)作；如果在恒無(wú)功的運(yùn)作下，用戶只能在固定的負(fù)荷下進(jìn)行調(diào)節(jié)，可利用電網(wǎng)系統(tǒng)裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以有效增加電網(wǎng)的供電量，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。在計(jì)算SVG裝置無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)，不僅要考慮電網(wǎng)中的無(wú)功功率補(bǔ)償，還要考慮這種補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷量，如果嚴(yán)重超出電網(wǎng)負(fù)荷，將使電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)作，不利于電網(wǎng)的安全性和可靠性。只有對(duì)電網(wǎng)中的諧波分量進(jìn)行安全處理，才能有效提高供電電能質(zhì)量[4]。

5.2 SVG系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

為了使電網(wǎng)中吸收和輸送的電量達(dá)到恒定狀態(tài)，SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置是相對(duì)有效的配套裝置，這種裝置能有效提高電網(wǎng)運(yùn)行中的平衡能力，極大提高電網(wǎng)在運(yùn)行中的可利用率，大大降低電網(wǎng)的損耗和造價(jià)，從而提高電網(wǎng)系統(tǒng)中的電量輸出。因此，要想使電網(wǎng)運(yùn)行保持恒定狀態(tài)，必須使電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)模達(dá)到高層次、高水平，提高其運(yùn)行的可靠性和安全性。隨著大功率電器設(shè)備在電網(wǎng)中被廣泛使用，這種大功率的電器設(shè)備主要以電力電子元器作為設(shè)備核心。由于SVG系統(tǒng)中有靜態(tài)無(wú)功裝置，因此會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的無(wú)功功率和諧波治理產(chǎn)生巨大影響，這種靜止無(wú)功裝置將會(huì)在未來(lái)的電力系統(tǒng)中得到廣泛推廣和使用。

6 結(jié)語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中吸收和輸送連續(xù)可調(diào)無(wú)功功率，SVG系統(tǒng)發(fā)生器是一種比較合理的選擇。其能有效提高電網(wǎng)運(yùn)行中的平衡能力，大大降低電網(wǎng)的損耗和造價(jià)，從而提高電網(wǎng)系統(tǒng)中的電量輸出。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳強(qiáng)，黎小彬.無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理裝置的工程應(yīng)用[J].福建：電力與電工，2008（4）：50-53.

[2]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]丁家迅.探討無(wú)功補(bǔ)償在風(fēng)力發(fā)電中的影響及作用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（34）：45-48.

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