基于SVG的風電場無功控制策略研究

王海娟

【摘? 要】文章對風電場的無功功率平衡與電壓問題進行研究，以SVG無功補償為基礎，根據實際運算來確定不同情況下的無功控制效果，從而制定針對性的風電場無功控制運行模式。首先闡述風電場無功損耗的特點，其次介紹基于SVG無功補償裝置的風力發電系統，并且對無功功率的控制極限進行分析，最后提出風電場無功控制的優化策略，旨在促進風電場的穩定運行質量。希望對相關研究人員提供參考與借鑒。

【關鍵詞】SVG;風電場;無功控制;直驅發電機組

引言

風電場為保證運行電壓的穩定程度，會采用無功平衡技術，例如針對風力發電設備安裝動態調節裝置，根據無功補償的運行情況作出最正確的調整優化，這樣可以將設備運行電壓與電流控制在合理范圍內，一方面可以提升風電場機組的運行質量，同時也能夠在成本與安全方面得到一定保證。但是，無功補償模式在實際運行中會受到各類因素的影響，因此風電場在并網運行時，都會對無功補償裝置進行調試，例如SVG無功補償裝置，利用補償器對風電場的運行功率進行無功調整，以此來實現風電場自身的無功功率平衡。因此，本文重點對SVG無功補償裝置的運行控制策略進行研究，對維系風電場供電網絡的安全運行具有重要意義。

1.風電場無功損耗的特點

風電場內的無功功率損耗主要由以下幾部分組成：（1）風力發電機箱運行時產生的無功功率消耗;（2）匯流站主變壓器運行過程中形成的無功功率消耗;（3）輸電線路配電過程中形成的無功功率消耗，具體可以分為容性無功功率與感性無功功率;（4）當風電機組的并網線路較長時，還要考慮高壓線傳輸過程中的無功功率消耗。因此，想要保證風電場無功功率損耗的控制效果，便要從多方面入手，例如供電設備與線路等，采用SVG無功補償裝置對風電場的配網線路進行多區段控制，這樣能夠提升具體環節的無功功率控制質量，并且可以對各部門的實時運行數據進行測算，以運行參數的要求對SVG裝置進行調整。

2.基于SGV的風力發電系統及極限功率

基于SVG的風力發電系統：本研究以金風科技1.5 MW永磁直驅風力發電機組為例，側重對SVG的無功補償控制問題進行分析。該類發電機組在運行過程中，其電網都是直接與電子連接，以此來保證運行頻率與電壓屬于恒定狀態。此外，這種連接方式還有利于定子電壓的控制效果，當給定定子電壓變化時，其相應的有功功率與無功功率可以根據轉子電流進行計算，例如，當風力發電機組的定子電壓矢量保持不變時。設備運行的電壓、電流以及轉子位置角都可以通過發電機軸上的傳感器進行測定，這樣將各類數據信息進行匯總，并且傳遞到服務器終端，不僅能夠明確風力發電機組運行時的各類參數情況，當存在運行故障隱患時，可以及時在數據中顯示。而且根據轉子變量數值可以計算出相應的軸定子電壓。

3.風電場無功控制及SVG應用

3.1風電場無功控制

風電場針對無功補償工作進行優化完善，主要原因便是為保證運行電壓與電流的穩定性，同時還要對并網點的運行質量作出保證。因此，在風電場的整體電力系統中，運行電壓與無功功率之間的關系也比較密切。在對風電場的無功問題進行分析時，一方面要將風電場作為一個整體，另一方面要將系統接入段作為分析對象。本研究以金風科技1.5 MW永磁直驅風力發電機組為例，側重對SVG的無功補償控制問題進行分析。為促進風電場系統電壓的恒定性，要對風電場出口電壓、傳輸線路電壓、線路設備電阻以及高壓傳輸線電壓等參數進行綜合分析，并且以某個并網點為例，這樣才能準確判定出風電場運行系統的無功損耗。

3.2風電場SVG應用

SVG靜止無功補償裝置的運行電路主要分為電壓型主電路與電流型主電路，該裝置可以發出感性無功來補償空載時線路的容性無功，也可以發出容性無功來補償永磁直驅風力發電機組滿載時線路中的感性無功。因此，可以說SVG裝置的控制實質就是對變流器進行控制，通過對軸電流、無功功率、三相電流以及直軸分量等因素進行宏觀調控，以此對SVG的有功與無功運行狀態進行控制，這樣才能最大程度的發揮出SVG裝置的應用質量。

此外，在SVG的無功控制系統框架中，會將并網點的運行電壓作為主要參考因素，通過對計劃電壓與實際電壓進行對比分析，并且根據調節器得到的無功電流參考信號，可以根據實際電壓與參考電壓的差值對無功補償運行模式進行調整，在此過程中SVG裝置對于系統的控制目的便是對并網點的無功補償進行穩定控制，從而強化SVG變流器的直流側電壓，為風電機組的穩定運行提供保障。

4.基于SVG的風電場無功控制優化策略

4.1無功功率控制方案

風電場在設計無功功率控制方案時，需要結合自身設備情況，并且對電力調度部門的安排方案進行分析，如果調度部門對無功功率給定值存在要求，則要對風電場無功功率輸出量作出調整。如果調度部門沒有提出要求，則可以根據運行狀態自行決定。此外，方案設計過程還包括以下工作：（1）對風電場主變壓器的低壓側數值進行實時監測，并且對主變壓器形成的無功功率補償進行測定;（2）對風電機組環境風速進行測定，有功功率采用以最大捕捉風能為目標的控制策略;（3）針對各具體風電機組的運行狀態進行測定，當風電機組之間運行參數存在明顯差異時，要在功率控制方案中得以體現，以此來保證無功控制策略的應用質量;（4）針對風電機組的無功出力極限進行分析，對最大約束力進行計算，將計算結果應用到各風電機組中，從而得到準確的無功出力總和。

4.2無功功率分配方案

本研究將SVG無功補償裝置作為基礎，在實際應用中要科學控制該裝置的優勢與缺點，一方面可以優先采用直驅風電機組相應的變流器，以此來強化無功補償裝置的運行效率。另一方面要明確各具體風力機組的電壓及電流數值差異，從而在調整無功控制參數時能夠更加準確，以此來強化SVG裝置與直驅風電機組變流器的協同運行質量。

4.3無功功率算例分析

為驗證本研究提出的無功控制策略的可行性，針對某風電場進行無功控制策略的試運行，并且做出相應的算例分析。該風電場共有100臺金風科技1.5 MW永磁直驅風力發電機組，匯集到35kV母線上，通過二臺降壓變連接到110kV母線。

（1）未采用本文提出的無功補償控制方案時，各風電機組可以依靠自身變流器對電流與電壓進行調節，但是無功補償效果不穩定，并且未能根據具體風電機組的運行狀態開展最合適的調整控制。

（2）在采用本文提出的無功補償控制方案后，風電場電壓在0.3s的時間內恢復到原電壓之前的水平，根據算例結果能夠看出，本文提出的風電場無功補償方案可以有效控制風電場與電網交換的運行效果。對于SVG裝置而言，可以在最短的時間內對風電機組的無功功率進行平衡控制，提升直驅風電機組的運行質量。

5.結束語

文章為提升風電場的穩定運行質量，從無功功率補償控制問題入手，將SVG無功補償裝置作為基礎，闡述風電場無功損耗的特點，介紹基于SVG無功補償裝置的風力發電系統，并且對無功功率的控制極限進行分析，最后提出風電場無功控制的優化策略，具體為無功功率控制方案、無功功率分配方案、無功功率算例分析，這樣才能強化風電場的無功補償控制效果，為我國風力發電行業的可持續發展提供穩固保障。

參考文獻

[1]楊杰.風電場、光伏電站集群控制系統應用研究[J].工程建設與設計，2020（07）：67-68.

[2]李自明，姚秀萍，王海云，等.風電場VMP系統無功控制策略研究[J].電力電容器與無功補償，2016，37（002）：67-71.