阐析风电场无功电压控制

范薇薇

摘 要：近年，随着我国对于能源发电的进一步重视，我国的能源发电行业也随之兴盛起来。风能发电就是其中一种。伴随着风能发电的迅猛增长，很大量的风能发电机组也相继地并入到了国家电网系统，这样一来就对我国的电网系统的安全运行和供电质量提出了比较大的挑战。其中的无功电压就成为了外界非议最多的讨论点。风能电场存在着一些缺点，例如风电场在进行有功输出时波动比较厉害，正是这种波动不能满足电网系统关于电压的相关要求，这种情况下，严重的后果是造成风电场的电力输出脱离电网系统。因此，我们在进行风能输出的时候，需要一个自动控制电压的系统来进行风电机组的电压动态补偿对风电机组的电压进行整体的调控。

关键词：风电场；无功电压；控制

近些年，由于我国国务院针对能源问题的一系列法律法规的制定，例如：《可再生能源关于中长期的发展规划》。这样的鼓励能源方面的一些举措，使得我国的风能源发电迅速的发展开来，并且按照国务院的相关规划，截止到2020年，我国的风电机组发电要达到1.5亿千瓦时。基于上面的叙述，风力发电的自身的具有间歇性的特点，使得风力发电的有功输出极为被动，给未来的风能发电带来了很大的不确定性，这种不确定性就给国家的电网系统带来了很多的运行中的未知性。根据我国在2005年出台更新的关于风电场并入电网系统的规划，要求我国的风电场必须配备相应容量的无功补偿设备装置。这些装置包括三种主要的设备，第一，具有可以投切性能的电容电抗器，包括了由晶闸管控制的电容电抗器，英文缩写为TCR，由磁控制的电容电抗器，英文缩写为MCR。第二，静止特性的无功发生器，英文缩写为：SVG。第三，静止特性的无功补偿器，英文缩写为SVC。

1 当前的风电发电的主要特点

（1）并入国家电网系统的单个风电场的电容逐渐增大。（2）并入国家电网系统的风电机组的电压的等级也逐渐增高。由于风电场通常处在电网系统的尾端，这样就让风电场的输电送电的距离变远，电源的电压也会变高。在缺乏有效的火电的帮助支撑后，风电场的电源单方面的电容变大，电压变高就导致了国家的电网系统受到风电场的不稳定的影响的范围进一步的扩大了，这样就更突出了并入国家电网系统后的电压控制的问题，这些问题主要的表现是：

第一，由于风电场输电缺乏有效的控制，同时风电场输电的过程中具有波动性，这两种因素就导致了在国家电网系统中的电压考核通过率较低。

第二，由于我国的各地的并入国家电网系统的风电场输电没有统一为一家控制，这样就导致了多家风电场之间没有有效的协调和沟通，会导致国家电网系统出现很多运行障碍，最为严重的就是致使风发电的大规模脱离国家电网系统。

2 风电场的关于自动无功电压的控制方式

风电场的无功电源主要是包含了风电机组和风电场特别设置的无功补偿设备装置。风电场之所以包含了上述的两种内容，主要就是利用上述两种设备的无功容量和无功电压的补偿调节的能力。

在风电场的内部通常有三种用于自动电压调节控制的方法。第一，利用风电机组自身实现的自动电压调节控制；第二，利用具有可以投切性能的电容电抗器实现的自动电压调节控制；第三，利用快速动态来进行无功补偿的装备实现的自动电压调节控制。

2.1 利用风电机组自身实现的自动电压调节控制的特点

风场电机组有两种形式，第一种是变速恒频的风电机组；另一种是定速恒频风电机组。定速恒频风电机组使用的发电机通常情况下是同步方式的发电机或者是感应方式的发电机，这种发电机可以保障风电机组在风速改变的情况下，风电机组的转速保持不变。然而，变速恒频的风电机组使用的不同形式和规格的发电机，但是还有相关的电子交流设备进行辅助电力输出设置，这样在配置发电机的有功功率的有效的控制，就很大范围上实现了风电机组转速改变的情况下，风电场发电依然会并入国家电网系统进行电力的输出。

在变速恒频的风电机组中，运用最为频繁的电机是交流励磁形态下的双馈电动机。在电动机的实质上来考虑，双馈电动机和功能普通的异步电动机的工作原理上，两种电机是一致的。这两种电机的主要不同之处在于功能普通的异步电动机的转子中的电流的相关频率是由电动机的输出转速来决定的，也就是说，电动机电流的频率和转子的差动率有关系，这种电动机的转子中的电流频率不能由人为的外界干涉来进行控制。双馈电动机转子中的电动绕组的频率的大小是由外界给予的交流形式的励磁电源的供电情况决定的。我们通过对电力系统的电器元件的调整来改变电动机的转子的电流的绕组频率。

以目前的电动机的变频器的创新技术来讲，至少可以保证双馈电动机的电机功率因数在-0.95到+0.95之间的范围内调整，而且是实时的动态调整。现在很多的风电场的电机功率都在1.5MW左右，这种风机电机的无功输出的调控范围在-500KVar到+500KVar之间。但是我国风力发电的风机并没有匹配这一种先进的变频器技术，而是将风机的控制模式设定成了定功率形式的因数运行状态，这样就会导致风机电机本身的无功电压的调节能力发挥不出最大的效力。但是在实际的风力发电场中，用于风力发电的双馈电机的相应配置的变频器其实际的功用相当于一台风力发电场专用的静止特性的无功发生器装置。我们假设每一台风力发电厂的1.5MW 的风机都具备了相应的无功输出500KVar的无功电压的调节容量，这样就意味着我国大多数的风力发电场都自动配备了可以占到总风力发电装机容量30%的静止特性的无功发生器装置。这是我们控制好风力发电场的无功电压的一个关键步骤，这种设备也会在控制无功电压方面起到关键性的作用。

2.2 利用具有可以投切性能的电容电抗器实现的自动电压调节控制的特点

在风力发电场配备可以投切性能的电容电抗器，会具有整体造价廉价和方便控制的优点，但是这种配置也有很多的缺点和不利于风力发电的作用。

（1）这种自动调节电压的控制配置在离散控制的方面只能进行阶跃型的离散控制。同时电容电抗器在执行动作的连续次数上和连续执行两次动作以上的时间的间隔都会受到相关条例的严格的限制，这种情况下就没有机会进行更快速的有效控制调节作业，同时，对于风力发电场的电压波动性大的问题，也不会有较为有效的处理方式。

（2）现阶段的风力发电场的发电的电容量都会不断地增大，而且每一个风力发电都是由独立的控制系统所控制，现阶段还是没有比较合理的统一的控制管理模式，这样的情况就导致了每一个单独的风力发电场电容的投切是在不合理状态下进行的。这样就会在某种程度上加重了无功电压的故障性。

（3）由于在电力学中电容的无功补偿是由电压的水平来进行决定的。当我们的电力系统中的电压水平值低时，提供的电压无功补偿也会相应的下降，这样就很不利于电力系统的电压的有效控制。

参考文献

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