风电场的静止无功补偿控制策略和安全运行措施

侯臻锴

摘要：作为一种新型的清洁能源，风力能源已经得到了广泛的应用，而风力发电的快速发展一方面展示出了我国对于新能源建设的支持，另一方面，也对于我国当下电网的安全运行带来了相应的问题。未来需要针对于风电場静止无功补偿策略进行分析，并且针对于这一状态提出相关改进措施，提升风电场安全运行水平。

关键词：风电场;静止无功;补偿策略;安全运行

未来风力发电技术将会成为我国电力行业发展过程中的主要方式，其绿色无污染的资源形式让我国电力拥有了全新的发展方向，因此就需要针对于这方面开展研究。其中风电场的无功补偿是保障未来风力发电安全的主要措施，本文主要针对于风电场的无功补偿几种模式特点进行分析，对于其中较为常用的静止无功补偿器进行深入的讨论，包括运行策略以及运行过程中存在问题的解决方法。

1 无功补偿模式的选择

首先可以用于风电场无功补偿的静止，无功发生器主要包括有固定电容补偿器、静止无功补偿器两种。在早期风电场发展过程中，无功补偿的主要措施在于补偿功率因数，因此使用固定投入的电器也能够满足这一要求，但是这种方式的缺点在于不具备有动态条件能力[1]。并且使用过程中需要使用断路器来对成组的电器进行投切，这会对电网造成一定程度的冲击。而站在另一方面来说，风电场一般位于电网的末端，受到联络线分布以及电容的影响，末端电压往往会出现升高，因此需要在电网末端提供无功补偿从而稳定电压。而使用固定电容器又无法提供无功功率补偿，这种补偿模式无法胜任大型风电场。本文研究的静止无功补偿器能够在电网中吸收功率，属于大型风电场无功补偿的主要发展方向。但是目前静止无功补偿，其中的电力电子器件加装技术以及系统控制技术还不成熟，没有大范围推广的力度[2]。

2 风电场运行控制策略

在当下风电场运行的过程中控制策略主要是将无功作为控制的主要目标，通过无功调节器能够对静止无功补偿器输出的无功功率进行控制，将其稳定在设定数值。风电场运行过程中，可以将无功功率与静止无功补偿器进行对比，根据一般的控制策略，对比得到的偏差值减去投入的滤波器及电容器流量就是开环控制中所需要的输出无功量。但是经过多次对比之后发现这种控制策略无法提供给风电场更好的安全稳定运行状态，主要原因就是静止无功补偿器的补偿容量偏小，一旦发生故障，往往无法支撑动态补偿。尤其是将无功作为控制目标之后，电压跌落就无法跟踪电压的变化，也就无法进行动态补偿[3]。

实际上，未来发展过程中，为了保证风电场能够更加安全且稳定的运行，需要将风电场电器系统接入点电压来作为静止无功补偿器的控制目标效果。这种策略能够让静止蜈蚣补偿器在系统的层面上发挥出自身拥有的动态补偿作用，电压调节器通过静止无功补偿器来对电力系统的电压进行不断调整，将系统的电压稳定在设定数值附近。理论上来讲，通过这种调节能够将系统电压稳定，误差降到0。

3 安全运行的策略

为了保证风电场能够在后续发展过程中实现安全运行，需要在静止无功补偿器运行过程中，对电压互感器的断线进行判断与处理。静止无功补偿器系统出现的冷却和控制器反应速度问题也需要进行重视[4]。

3.1 电压互感器的短线与处理

在当下发展过程中，目前风电厂对于静止无功补偿器的控制策略没有考虑到电压互感器的断线情况。在未来研究的过程中需要以电压为控制目标，防止高压侧电压互感器断线而带来的误操作。由于电压互感器断线之后，高压侧测量的电压将会发生较大的区别，因此可以根据低压侧电压互感器的电压变化来进行短线判断，这是一种较为合理的方式[5]。

通常发生电压互感器断线时静止无功补偿器有两种处理方式：一种是闭锁脉冲，并发出报警，由运行人员检修电压互感器并恢复静止无功补偿器的运行;另一种是电压互感器断线时，记录电压互感器断线前的电压值并保持，静止无功补偿器不闭锁脉冲但发出报警，由运行人员检修电压互感器。需要注意的是发生电压互感器断线时，要根据接线方式区别对待，确定是三相断线还是单相断线。滤波器作为静止无功补偿器系统中提供容性无功支撑和滤去电网有害谐波的重要设备，在进行参数设计时，必须考虑到设备运行可能遇到的极端气候，考虑到电网条件等对谐振频率的影响，避免发生滤波器谐振。特别是充分考虑当地环境对电容电抗的影响，并考虑到最大的等值频偏，以保证极端气候下滤波器不会失谐[6]。

3.2 静止无功补偿器的冷却

我国境内的大部分风电场建在戈璧滩上，日夜温差很大，对静止无功补偿器系统的阀组冷却效果设计时要有针对性。目前常用的冷却方式有自然冷却（热管冷却）和纯水冷却两种。自然冷却方式先通过热管将阀组的热量散发到静止无功补偿器小室，然后再用工业空调将小室内的热量排出房间;纯水冷却方式通过密闭的循环水管道直接将阀组中冷却水的热量带出，再通过室外的散热风机或水塔将循环水的热量带走。

为了保证极端高温时也能正常运行，如果采用热管冷却阀组的方式就会要求工业级空调的容量很大，这就将严重影响SVC的经济运行和正常使用效率。因此建议采用水风冷却方式，提高极端温度下的冷却效果。

3.3 控制器的反应速度

静止无功补偿器作为阻抗型的设备，无功输出受电压影响很大。当电压升高时输出无功容量增大（相当于提高了补偿容量），当电压跌落时无功输出容量减小;当系统发生故障需要大量的无功支撑系统电压时，由于组抗型设备的特性，实际的无功输出容量将低于额定容量，补偿效果不佳。为此，可以对控制系统进行优化，确保系统一旦发生电压跌落，控制器可以立刻做出快速反应，立即将无功储备量释放，强行提高静止无功补偿器所在母线的电压，并尽可能将这个电压值支撑一段时间。

结束语：

风电作为可循环再生使用的清洁能源，具有相当的发展前景。随着风力发电的发展，风电机组的并网运行也将有更大的需求，为了更好的保证电网运行状态，需要风电场运行的无功补尝不仅需要满足单个风电场的动态补偿要求，还要从系统的角度接受调度的协调配合，为整个电网的稳定运行提供支撑。而作为目前较为成熟、可靠的无功补偿模式，静止无功补偿器必将在中国新能源发展进程中发挥重要作用。未来可以根据具体情况经过优化和改进的静止无功补偿器的控制策略，只有这样才能更好地发挥作用，为风电场的电压调整和控制起到积极作用。

参考文献：

[1]侯垚. 风电场无功补偿装置研讨会及《风电场用静止无功发生器技术要求与试验方法》标准讨论会在京召开[J]. 电器工业，2018，（08）：55.

[2]陈元峰，徐箭，范传光，王辉，杨俊，陈习伟，唐畅. 基于电解铝负荷调节的含高渗透率风电孤立电网频率控制策略[J]. 电力建设，2018，39（03）：92-100.

[3]于永军，祁晓笑，郑少鹏，王方楠. 基于电压调差率的风电场并列运行静止无功补偿装置协调控制[J]. 分布式能源，2017，2（02）：51-56.

[4]张超，卢新良，孙心洲. 应用SVC提高双馈感应发电机并网的风电场暂态电压稳定性[J]. 电网与清洁能源，2016，32（10）：153-159.

[5]边晓燕，施磊，周歧斌，符杨. 基于概率法的并网双馈风电场次同步相互作用及其抑制措施[J]. 高电压技术，2016，42（09）：2740-2747.

[6]王境彪，晁勤，王一波，殷志敏，石涛. STATCOM与SVC提高大型异步机风电场LVRT能力对比研究[J]. 电源技术，2016，40（05）：1080-1083.

（大唐卢氏风力发电有限责任公司，河南 三门峡 472000）