風電場電氣一次部分的無功補償技術的問題研究

張燕好 江蘇鵬創電力設計有限公司

引言

風能是重要的清潔能源，屬于可持續利用能源，但是風力發電過程中存在間接性以及不穩定性，尤其是風電場并網的時候很有可能出現突發狀況，導致電能質量下降。因此，在風力發電過程中，必須要加強對風電場無功補償技術的應用。風電場無功補償技術是目前風電場生產運行過程中的重要技術，可以對風電場的電壓波動現象進行改善，同時，還能提高風電場的母線電壓、發電機的穩定性，為風電場并網提供堅實基礎。

1.風電場工程電氣一次部分設計

在電氣以及變電工程中電氣設計占據著極其重要的地位，其主要內容有電氣主線設計、電氣設備的選擇和搭配、短路電流計算、繼電保護、電氣接地設計等幾個主要的內容。由于風力發電機的核心發電不見是風力發電機，其電氣設計的重點就是圍繞風力發電機展開。其中電氣主線設計是首要同時也是主要的部分，主要內容有風機組側接線設計和升壓站內電氣主接線設計。變壓器和箱式變壓器的選擇要注意，當風電場發電時潮流從風電場到電網，反之，潮流也相反，通常電壓波動較大，需要結合實際情況進行分析選擇合適的變壓器。主設備和導線的選擇必須注意安全性，要保證系統的安全和穩定運行。電視設備的布置要遵循用地少、操作和運行簡便、后期維修和安裝、節約資源的原則。

2.風電場中風機類型

在風電場中，風機被分為三種類型，分別是直驅式的同步風電機組、雙饋式的異步風電機組以及和失速式的異步風電機組。（1）異步風電機組（失速式），這種類型的風電機在早期應用比較廣泛，它具有成本低、結構簡單、小容量等的特點，這種風電機采用的是雙速異步電機，可以不受時間限制的從電網吸收無功，因此針對這種類型的風電機補償較大的無功功率是迫切需要的；（2）異步風電機組（雙饋式），該類型的風電機無論從建設方面還是維護方面成本都非常高，雙饋式的異步風電機組通常采用的是繞線式異步電機，通過交直交變頻器可以連接電機轉子與電網，從而達到向電網吸收與發送無功功率的目的，同時還可以控制一定容量的無功功率，因此，采用這種類型的風電機組的風電場，只需要補償一定量的無功率即可，也不會有諧波產生；（3）同步風電機組（直驅式），這種類型的風電機組最常用的電機是永磁式的電機，通過主軸可以將風機葉輪和發電機連接起來，可以最大程度的利用風能，然而這種風機也相應的需要花費較高的成本。永磁式的電機建立磁場是不需要向電網吸收無功功率的，所以采用這類型電機的風電場，補償少量的無功率也不會有諧波產生。在風電場中，無功需求通常是：風電場輸送出的功率大小常常會受到風速的影響，即小風甚至無風時環境時，風電場輸出的功率就會變小，此時的風電場需要的激磁功率比較小，相反線路以及電纜需要較大的充電功率，所以要想達到系統對功率因數的要求，通過補充少量的無功率即可滿足。風機在正常運行時，機組不同對無功率的調節也是不相同的，因為風電場中的變壓器等這些感性設備需要的無功率比較大，所以為了維持系統的電壓和功率因數的正常狀態，需要補充大量的無功率即可實現。異步風電機組（雙饋式）可以對系統自身的運行狀態進行調節，所以可以起到無功調節的作用。因此這種類型的風電機組可以為風電場補充無功率，當風電機組的調節功能不能協助建立磁場時，只能說明一種現象就是有大量的風電場一起切入了電網，風電場系統中，風電機的種類，電壓的等級，線路長度以及風電場的短路容量均受限于風電場的無功補償容量。

3.風電場電氣一次部分的無功補償技術

3.1 同步調相機

電力系統的主要負載是變壓器設備、同步調相機和異步電動機，也是吸收無功功率的主要設備。同步調相機處于工作狀態的時候，同步電機過勵磁可以吸收超前電流，提高電能質量。由于該設備工作所需的功率較大，后期的維護成本也比較高。

3.2 靜止無功補償

靜止無功補償簡稱SVC，是目前應用較為廣泛的技術。可以實現無功功率的連續控制，能夠通過發出或者吸收無功功率來實現動態補償，目前已經在石油化工、冶金、風電等得到了廣泛的應用，有著很大的技術發展潛力。SVC控制系統最大的特點是利用的瞬時無功理論的算法，快速的實現了無功補償的計算，讓后將脈沖形成電路的觸發脈沖經過電光轉換傳遞到脈沖功率單元，通過調節晶夾管導通角的大小來實現無功輸出容量的控制，可靠性以及抗干擾性非常強。

3.3 靜止同步補償器

靜止同步補償器技術的基本原理是：將補償裝置并聯到電網中，可以理解為在電路中綁定一個根據電網的負荷情況來控制電流大小的無功電源，從而對電氣系統的無功補償進行自動控制。靜止同步補償技術的安全性和穩定性較高，而且還能實現連續和動態控制。

3.4 固定投切電容器

電力電容器最大的特點就是結構簡單，運行穩定可靠。主要是通過機械設備的投切以及分接頭轉換的方式設計來穩定電壓的，并在風電場出口出并聯多個補償電容器用來補償異步發電機的功率。但是隨著風里發電規模的不斷擴大，機械投切逐漸的顯示出其調節速度慢的特點，甚至會出現失靈的現象。

4 結語

隨著風力發電技術的不斷發展應用，當前風力發電已經成為電力行業中的主要形式。在風力發電過程中必須要做好無功補償，盡量減少無功功率，提高風力發電效率。風電場無功電壓控制系統主要體現在兩個方面，一個是集中無功電壓，一個是就地無功電壓，通過相應的技術，對電壓控制系統進行設計，可以實現無功補償目的，是風力發電未來發展的主要方向。