風電場無功補償技術介紹

　　我國風資源較豐富，但適合大規模開發風電的地區一般都處于電網末端，由于此處電網網架結構較薄弱，因此大規模風電接入電網后可能會出現電網電壓水平下降、線路傳輸功率超出熱極限、系統短路容量增加和系統暫態穩定性改變等一系列問題。
　　隨著風電場規模的增大，風電場與電網之間的相互影響越來越大而系統對風力發電系統的要求也越來越嚴格。對風電系統主要的兩個要求是正常運行狀態下的無功功率控制和故障狀態下的穿越能力。
　　一、無功補償概念
　　無功功率補償Reactive power compensation，簡稱無功補償，在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。無功補償的具體實現方式：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。
　　這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。應用于風電場的動態無功補償設備包括并聯電容器組、靜止同步補償器和靜止無功補償器(SVC)、STATCOM等。
　　二、《國家電網公司風電場接入電網技術規定》中對無功功率的要求
　　1)當風電機組運行在不同的輸出功率時，風電機組的可控功率因數變化范圍應在-0.95～+0.95之間。同步發電機的功率因素控制在-0.95～+0.95需要勵磁裝置有功率因素調節的相關功能。
　　2)風電場無功功率的調節范圍和響應速度，應滿足風電場并網點電壓調節的要求。原則上風電場升壓變電站高壓側功率因數按1.0配置，運行過程中可按-0.98～+0.98控制。
　　3)風電場的無功電源包括風力發電機組和風電場的無功補償裝置。首先應當充分利用風力發電機組的無功容量及其調節能力，如果僅靠風力發電機組的無功容量不能滿足系統電壓調節需要，則需要考慮在風電場加裝無功補償裝置。風電場無功補償裝置可采用分組投切的電容器或電抗器組，必要時采用可以連續調節的靜止無功補償器或其他更為先進的無功補償裝置。
　　由于同步發電機能夠提供一定的無功容量，因此在風電場的無功補償裝置的容量需要相應地減小，一般來說最好不要使用分組投切電容器，宜使用SVC和STATCOM。
　　三、無功補償裝置
　　國內風電場中常用的動態無功補償方式是在風力發電機出口安裝并聯電容器組或在風電場母線集中安裝并聯電容器組。并聯電容器補償是通過電容器的投切實現的，呈階梯性調節，無法實現最佳補償狀態，且動態無功補償效果受電容器組分組數和每組電容器容量的制約，響應速度慢。
　　我國在新疆達坂城第一次采用了SVC進行機端補償，將SVC安裝在風力發動機的出口處，以風電場接入系統母線處的電壓偏差來控制SVC的運行，實現了動態無功補償的連續性和有效性，能夠穩定風電場節點電壓，降低風電功率波動對電網電壓的影響。在風電場無功補償的應用中，分別采用了靜止無功補償器SVC補償的風電機組和用電容器組進行動態無功補償的風電機組模型來進行實驗，表明SVC補償型風電機組較電容器組補償型風電機組具有快速平滑調節無功功率的能力。
　　SVC補償型機組具有快速調節無功功率的能力，SVC裝置對機端電壓都有一定的支撐能力。風電場升壓變壓器低壓側裝SVC，可以減輕風電機組并網過程中對系統的沖擊，實現了恒速風力發電機組的柔性并網。含SVC雙饋風電機組的暫態輸出特性的實驗結果表明，在電網側故障后，SVC將提高雙饋風電機組的出口電壓，并增大向系統提供的短路電流，從而使DFIG出口處低壓保護的動作靈敏度降低、過流保護的動作靈敏度有不同程度的提高。