無功補償在風電場的應(yīng)用

屠國宏

摘 要：風電、太陽能等新能源的開發(fā)，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提出了更高的要求，本文就無功補償方案展開討論。 無功補償技術(shù)是現(xiàn)階段十分有效的技術(shù)，能夠很大程度上穩(wěn)定電網(wǎng)運行水平，提高新能源場站運行穩(wěn)定性，提高功率因素，在新能源系統(tǒng)中應(yīng)用無功補償技術(shù)已經(jīng)越來越成熟。

關(guān)鍵詞：無功補償；SVG；容量；控制策略

一、無功補償方式

（一）并聯(lián)電抗器、電容器

早期采用投切電容器來實現(xiàn)無功補償，以并聯(lián)方式連接于電網(wǎng)并能長期鏈接于電網(wǎng)節(jié)點中，實現(xiàn)無功功率的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無功功率平衡，提高電網(wǎng)質(zhì)量，根據(jù)電容器在不同地方安裝分類，可分為集中補償、分組補償以及就地補償。但并聯(lián)電容器缺點明顯，僅對電網(wǎng)補償感性無功，切不能連續(xù)調(diào)節(jié)，當電壓存在諧波時會導致并聯(lián)諧振，造成電壓惡化，嚴重時會燒毀電容器，造成電網(wǎng)事故。

（二）靜止無功補償器（SVC）

SVC的主要類型有晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器、晶閘管投切電抗器、晶閘管控制高阻抗變壓器、磁控電抗器等，基本類型是TCR和TSC，其它補償是這兩種的發(fā)展。SVC需要在一定條件下才能實現(xiàn)無功功率的連續(xù)動態(tài)調(diào)節(jié)，通常的方式有：TCR+TSC、TCR+TSC+FC（或MSC）。在中小容量配電系統(tǒng)中，這種補償方式成本低，配置靈活，但動態(tài)響應(yīng)性能差，對諧波比較敏感，占地面積大。

（三）靜止無功發(fā)生器

此裝置即SVG，也被稱為高級靜止無功補償器（ASVC）、靜止同步補償器（STATCOM），通過調(diào)節(jié)輸出電壓幅值和相位來實現(xiàn)與交流系統(tǒng)無功功率的交換的動態(tài)無功補償設(shè)，主要用于無功補償、潮流控制和提供系統(tǒng)穩(wěn)定性。利用電抗器將自動換向的橋式電路鏈接于電網(wǎng)上或并在電網(wǎng)上，適時地調(diào)節(jié)上述橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值高低，也可直接在交流側(cè)控制電流，以達到實時地動態(tài)地補償無功的目的。通過對逆變器輸出電壓的控制，可以方便的調(diào)整系統(tǒng)的工作模式，在輸出容性無功、感性無功和零負荷狀態(tài)間切換。此裝置具有產(chǎn)生高次諧波少、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、噪音小、損耗小等優(yōu)勢。

二、無功補償技術(shù)在風電場的應(yīng)用

（一）風場無功功率的特征

風電場的無功功率特性與風電場的有功功率特性有關(guān)，當風電場發(fā)電較少，輸出有功功率水平較低時，從發(fā)電廠到配電站的線路負載，風電場可以向電網(wǎng)注入一定的無功功率，而風電場有功功率輸出增大時，線路充電功率小于風電場與變壓器等電網(wǎng)元件消耗的無功功率時，風電場從電網(wǎng)吸收無功。在無功補償上，應(yīng)首先考慮就地補償?shù)脑瓌t，以保障區(qū)域電壓平衡，進而滿足系統(tǒng)樞紐點電壓平衡的規(guī)范要求。

（二）無功補償選型

無功補償技術(shù)的選擇會對補償效果產(chǎn)生很大的影響，要想是無功補償技術(shù)的補償效果得以最大程度的發(fā)揮，相關(guān)的工作人員即必須要在進行無功補償技術(shù)的選擇上提高重視程度，采用科學的管理方法對無功補償技術(shù)進行選擇，從而提高補償技術(shù)的效率與效果。

對于目前電容器組、靜止無功補償器（SVC）、靜止同步補償器（SVG）的無功補償設(shè)備，一般選用SVG。

（三）SVG補償原理及補償方式

SVG結(jié)構(gòu)原理采用大功率器件組成的電壓源式（電容濾波式），由功率器件組成的逆變環(huán)節(jié)是裝置的核心，在控制信號PWM控制下，將直流電壓轉(zhuǎn)換成于交流側(cè)電網(wǎng)電壓同頻但不同幅的交流電壓，且能改變輸出相位角，從而達到電網(wǎng)滯后無功的補償作用，下圖是原理圖。

SVG裝置可等效成一個電壓幅值可控的電壓源，通過改變VSC的輸出電壓V2的幅值和相角，調(diào)節(jié)裝置無功輸出。

SVG控制策略即PWM信號的形成規(guī)律，要結(jié)合擬補償電網(wǎng)回路的運行情況和實際補償?shù)囊蟮染C合考慮，控制策略分為恒電壓控制、恒裝置無功控制、恒系統(tǒng)無功控制、恒功率因數(shù)控制、暫態(tài)強補輸出等工作模式。

控制策略圖

（四）選擇合適的無功補償功率模塊

很多在運風電場裝機容量都是幾十兆瓦，風電場風機出口電壓為690V，通過一箱一變變壓器將電壓從690V升高到35kV，最通過電纜連接到風電場的升壓站，將電壓升高到110kV，該系統(tǒng)的無功功率全部由STATCOM提供時，成本非常高，使用電容器投切無功補償裝置和STATCOM聯(lián)合補償是一種既經(jīng)濟，補償 實時性高的一種方案，選擇總無功功率的20%使用STATCOM進行補償，80%使用電容投切補償，可以大幅降低成本，在補償實時性跟蹤方面又有STATCOM的優(yōu)勢。

（四）設(shè)計合理的智能無功補償控制器

優(yōu)越的無功補償控制器包括主控電路、信號調(diào)理電路、過零點檢測電路、保護電路。主控電路是控制器的核心部分，對補償效果起決定性作用，決定著裝置的正常運行和功能實現(xiàn)。

要想充分發(fā)揮智能無功補償?shù)墓δ芘c作用，就必須要選擇合理的智能無功補償控制設(shè)備，當前市場上存在著數(shù)量眾多且功效復(fù)雜的智能無功補償控制器，且不同的補償器具有不同的特點，如功率因數(shù)型控制器，該控制器是較為常規(guī)的設(shè)備，具有操作便捷、控制容易的特點，但該設(shè)備經(jīng)常會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，導致了其應(yīng)用范圍較小；再如無功功率型控制器，該設(shè)備具有應(yīng)用效果良好、穩(wěn)定性較高的特點，且該控制器具有自我檢測與自我保護的功能，但我國生產(chǎn)的這類控制器在質(zhì)量上存在著一定的缺陷，如使用壽命不長等。因此在進行控制器的選擇時，需要對設(shè)備進行檢測，根據(jù)無功缺額的情況進行選擇。

（四）提高對智能無功補償?shù)目刂?/p>

將智能無功補償技術(shù)應(yīng)用在電力自動化系統(tǒng)中可以使電力自動化系統(tǒng)的控制能力與管理能力得到很大的提高，從而使整個電力自動化系統(tǒng)的效果得以充分發(fā)揮，可以更好且更穩(wěn)定的為用戶運輸電力能源。在電力自動化系統(tǒng)建設(shè)與運行的過程中，將計算機技術(shù)應(yīng)用其中，可以更好的控制智能無功補償技術(shù)。

結(jié)論

本文分析了有關(guān)無功補償技術(shù)的概念，對風電場現(xiàn)狀無功補償?shù)奶攸c進行了分析，并提出了相關(guān)的解決措施，力求能夠發(fā)揮出無功補償技術(shù)的最大功效。并選擇合適的地點與方式來進行該項技術(shù)的應(yīng)用，保證電力系統(tǒng)的順利運行，延長線路的使用壽命以及送電效率。

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