无功补偿在风电场的应用

屠国宏

摘 要：风电、太阳能等新能源的开发，对电网的稳定运行提出了更高的要求，本文就无功补偿方案展开讨论。 无功补偿技术是现阶段十分有效的技术，能够很大程度上稳定电网运行水平，提高新能源场站运行稳定性，提高功率因素，在新能源系统中应用无功补偿技术已经越来越成熟。

关键词：无功补偿；SVG；容量；控制策略

一、无功补偿方式

（一）并联电抗器、电容器

早期采用投切电容器来实现无功补偿，以并联方式连接于电网并能长期链接于电网节点中，实现无功功率的调节，实现无功功率平衡，提高电网质量，根据电容器在不同地方安装分类，可分为集中补偿、分组补偿以及就地补偿。但并联电容器缺点明显，仅对电网补偿感性无功，切不能连续调节，当电压存在谐波时会导致并联谐振，造成电压恶化，严重时会烧毁电容器，造成电网事故。

（二）静止无功补偿器（SVC）

SVC的主要类型有晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电抗器、晶闸管控制高阻抗变压器、磁控电抗器等，基本类型是TCR和TSC，其它补偿是这两种的发展。SVC需要在一定条件下才能实现无功功率的连续动态调节，通常的方式有：TCR+TSC、TCR+TSC+FC（或MSC）。在中小容量配电系统中，这种补偿方式成本低，配置灵活，但动态响应性能差，对谐波比较敏感，占地面积大。

（三）静止无功发生器

此装置即SVG，也被称为高级静止无功补偿器（ASVC）、静止同步补偿器（STATCOM），通过调节输出电压幅值和相位来实现与交流系统无功功率的交换的动态无功补偿设，主要用于无功补偿、潮流控制和提供系统稳定性。利用电抗器将自动换向的桥式电路链接于电网上或并在电网上，适时地调节上述桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值高低，也可直接在交流侧控制电流，以达到实时地动态地补偿无功的目的。通过对逆变器输出电压的控制，可以方便的调整系统的工作模式，在输出容性无功、感性无功和零负荷状态间切换。此装置具有产生高次谐波少、响应速度快、调节范围广、噪音小、损耗小等优势。

二、无功补偿技术在风电场的应用

（一）风场无功功率的特征

风电场的无功功率特性与风电场的有功功率特性有关，当风电场发电较少，输出有功功率水平较低时，从发电厂到配电站的线路负载，风电场可以向电网注入一定的无功功率，而风电场有功功率输出增大时，线路充电功率小于风电场与变压器等电网元件消耗的无功功率时，风电场从电网吸收无功。在无功补偿上，应首先考虑就地补偿的原则，以保障区域电压平衡，进而满足系统枢纽点电压平衡的规范要求。

（二）无功补偿选型

无功补偿技术的选择会对补偿效果产生很大的影响，要想是无功补偿技术的补偿效果得以最大程度的发挥，相关的工作人员即必须要在进行无功补偿技术的选择上提高重视程度，采用科学的管理方法对无功补偿技术进行选择，从而提高补偿技术的效率与效果。

对于目前电容器组、静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（SVG）的无功补偿设备，一般选用SVG。

（三）SVG补偿原理及补偿方式

SVG结构原理采用大功率器件组成的电压源式（电容滤波式），由功率器件组成的逆变环节是装置的核心，在控制信号PWM控制下，将直流电压转换成于交流侧电网电压同频但不同幅的交流电压，且能改变输出相位角，从而达到电网滞后无功的补偿作用，下图是原理图。

SVG装置可等效成一个电压幅值可控的电压源，通过改变VSC的输出电压V2的幅值和相角，调节装置无功输出。

SVG控制策略即PWM信号的形成规律，要结合拟补偿电网回路的运行情况和实际补偿的要求等综合考虑，控制策略分为恒电压控制、恒装置无功控制、恒系统无功控制、恒功率因数控制、暂态强补输出等工作模式。

控制策略图

（四）选择合适的无功补偿功率模块

很多在运风电场装机容量都是几十兆瓦，风电场风机出口电压为690V，通过一箱一变变压器将电压从690V升高到35kV，最通过电缆连接到风电场的升压站，将电压升高到110kV，该系统的无功功率全部由STATCOM提供时，成本非常高，使用电容器投切无功补偿装置和STATCOM联合补偿是一种既经济，补偿 实时性高的一种方案，选择总无功功率的20%使用STATCOM进行补偿，80%使用电容投切补偿，可以大幅降低成本，在补偿实时性跟踪方面又有STATCOM的优势。

（四）设计合理的智能无功补偿控制器

优越的无功补偿控制器包括主控电路、信号调理电路、过零点检测电路、保护电路。主控电路是控制器的核心部分，对补偿效果起决定性作用，决定着装置的正常运行和功能实现。

要想充分发挥智能无功补偿的功能与作用，就必须要选择合理的智能无功补偿控制设备，当前市场上存在着数量众多且功效复杂的智能无功补偿控制器，且不同的补偿器具有不同的特点，如功率因数型控制器，该控制器是较为常规的设备，具有操作便捷、控制容易的特点，但该设备经常会出现振荡现象，导致了其应用范围较小；再如无功功率型控制器，该设备具有应用效果良好、稳定性较高的特点，且该控制器具有自我检测与自我保护的功能，但我国生产的这类控制器在质量上存在着一定的缺陷，如使用寿命不长等。因此在进行控制器的选择时，需要对设备进行检测，根据无功缺额的情况进行选择。

（四）提高对智能无功补偿的控制

将智能无功补偿技术应用在电力自动化系统中可以使电力自動化系统的控制能力与管理能力得到很大的提高，从而使整个电力自动化系统的效果得以充分发挥，可以更好且更稳定的为用户运输电力能源。在电力自动化系统建设与运行的过程中，将计算机技术应用其中，可以更好的控制智能无功补偿技术。

结论

本文分析了有关无功补偿技术的概念，对风电场现状无功补偿的特点进行了分析，并提出了相关的解决措施，力求能够发挥出无功补偿技术的最大功效。并选择合适的地点与方式来进行该项技术的应用，保证电力系统的顺利运行，延长线路的使用寿命以及送电效率。

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