沿海地區風電場無功補償裝置選型研究

嚴文超

摘 要：風能具有隨機性和間歇性的特點，在應用風能發電時，會出現電壓不穩定的問題。如果電力系統的電壓不穩定，便會導致風電場不能正常發電，為了解決這一問題，風電場的風力發電系統需要應用無功補償技術。前STATCOM裝置是一種雖然存在應用局限，卻也擁有廣闊應用前景的裝置，現對-沿海地區風電場無功補償裝置應用這種選型的問題進行研究。

關鍵詞：沿海地區;風電場;無功補償;選型

風力是一種可持續使用、可再生的綠色能源，將這種能源應用在電場中，可把風能轉化為電能。當前我國真大力推廣風能發電技術，把這種綠色能源轉化成人們需要的電能。風能具有隨機性和間歇性的特點，在應用風能發電時，會出現電壓不穩定的問題。如果電力系統的電壓不穩定，便會導致風電場不能正常發電，為了解決這一問題，風電場的風力發電系統需要應用無功補償技術。前STATCOM裝置是一種雖然存在應用局限，卻也擁有廣闊應用前景的裝置，現對-沿海地區風電場無功補償裝置應用這種選型的問題進行研究。

1 風電場無功補償技術

風能具有隨機性和間歇性的特點，在應用風能發電時，會出現電壓不穩定的問題。如果電力系統的電壓不穩定，導致風電場母線電壓波動，那么會造成電壓崩潰的情況，從而風電場不能正常發電。為了增強風電場電力系統的穩定性，通常人們會在風電場系統中設計無功補償裝置。當前國家電網公司國家電網調（2011）974號文件中，對這一技術作出規定，給出了動態無功補償容量配置參出、動態調節相應時間參數的規定，這便是風電場無功補償技術。

2 風電場無功補償裝置

2.1 集合式并聯電容器組

這種裝置又稱FC，它只能產生容性無功。這種技術的應用優勢為它的造價極低，并且需要的容量小。然而它慶用的局恨性大，這是一種適合應用在容性無功補償環境中的裝置。

2.2 靜止無功補償裝置

這種裝置又稱SVC，它可產生容性無功和感性無功，實現平滑動態的無功補償。這種補償裝置的應用原理為依電網的需求來調整無功補償，目前，這種裝置分為兩種，一種為應用晶閘管控制電抗器SVC與磁抗電抗器SVC。雖然靜止無功補償裝置從理論上可以滿足電網的無功補償需求，但是這種裝置易出現故障，并且動態響應時間長。

2.3 靜止無功發生器裝置

這種裝置又稱SVG，它設置有超前電流90□或滯后電流90□的功能，并且具有自整流充電的功能。在電網上設置了這一裝置以后，它能從三相電網上取得電壓，然后向1個直流電容充電，這是電網不需要無功補償時的運作;當電網需要無功補償時，便將1個直流電容中的電壓逆變成為交流電壓送回電網。這一裝置通過監控超前電流90□或滯后電流90□的參數判斷需要完成充電操作過逆變操作。這種裝置是一種可以快速完成感性和容性，迅速完成調速切換的裝置。較為常見的SVG分為直掛式與降壓式兩種，因為直掛式較易出故障，所以降壓式應用得較為廣泛。

3 沿海地區風電場無功補償裝置選型

目前沿海地區應用得較多的無功補償裝置為高壓動態無功補償發生裝置，又稱STATCOM，它屬于SVG的一種，它的特點是把柔性交流輸電系統融入到SVG中，發揮了這一技術的應用優勢以后，它能更快的、更精確的完充電或進行無功補償，提高SVG技術應用的效果。

這一裝置選型的應用優勢如下：（一）擁有良好的輸出性能，這一裝置的輸出范圍較廣，可滿足較大范圍的輸出需求;（二）具有良好的諧振特性，將柔性交流輸電系統融入于SVG后，它產生了良好的諧振效果，應用了這一技術，它讓SVG的響應時間更快，電網的電壓更加平穩;（三）這一裝置占地小、功耗少、控制策略很靈活、運行噪聲小?？傮w來說，它的優勢能滿足沿海地區風電場無功補償的需求。

然而這一裝置選型也存在不足，這些不足歸納如下：（一）散熱不足，由于這種裝置占地小，導致沒有充分考慮設置的散熱需求;外部使用環境差異大，部分地區的散熱條件不足;設置的設計不良，沒有做好散熱參數設計，從而自身發熱量較高;沒有充分利用軸流風機通風量，這些因素導致散熱不足。（二）腐蝕較為嚴重，沿海地區空氣的濕度大，空氣中鹽堿度高，當這種裝置在這樣的環境中運行時，裝置容易被腐蝕。因為這種裝置的集約性高，當它的零部件補腐蝕以后，往往難以維修，只能更換裝置。（三）實際裝量與裝標稱容量不符，不同的廠家生產出來的裝置，質量存在差異，有部分小廠家為了節省生產成本，會不按規定標注標稱容量。當慶用了不符合標注容量規定的裝置時，裝置便易出現故障，并且使用壽命難以保證。（四）運行穩定性差，沿海地區經常出現臺風，當出現臺風以后，臺風會影響電網系統的運作，要求系統快速應用無功補償技術讓電網系統穩定，然而當前這一裝置的穩定性僅達到53%，無法滿足沿海地區風電場無功補償的需求，從而影響風機抗臺風策略。

4 總結

到 2015年底，我國風電裝機規模要達到9000萬kW一1億 kW?？梢灶A見未來較長一段時間內，風力發電依舊將快速增長。然而，風電作為電源具有隨機性和間歇性，隨著風電場并網容量的不斷增大，電壓不穩定問題也日益嚴重。風能的隨機性變化和系統運行方式的改變導致風電場母線電壓的波動、電壓崩潰的情況也不斷增多。為使風電場的穩態電壓保持在允許范圍內，在風電場設計中選擇合適的無功補償裝置型式并配置合適的無功補償容量是非常必要的。雖然當前STATCOM裝置無法完全滿足沿海地區風電場無功補償的要求，然而，卻也有克服這一裝置應用不足的策略。只要當地能夠規范生產工藝、做好質量管理;相應部門強化散熱參數設計，進一步完善無功補償響應的效率，便能發揮這一裝置的應用優勢，讓它滿足沿海地區風電場無功補償的需求。

風電場無功補償的問題越來越引起風力發電企業、電網調度、電力系統、電力設計等專業人員的關注。雖然沿海地區的風電場多以小規模接人、就地消納為主.但隨著220kV匯流站及海上風電的開發建設，沿海風電接入越來越趨向集群化。動態無功補償設備運行的穩定性更應得到重視。提高STATCOM的運行管理水平，能使設備運行更加穩定，有助于滿足電網調壓與穩定的要求。

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