动态无功补偿装置对风电场电压水平的影响分析

王继伟 夏屹 黄青

摘 要：文章以某风电场风电机组的脱网现象，来对风电场的动态无功补偿问题进行分析，以及无功补偿装置对风电场电压的影响并提出了改进动态无功补偿装置的措施。

关键词：风电场；动态无功补偿装置；电压水平；改进措施

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）32-093-02

近年来，风电网的发展规模越来越大，而风电网运行的稳定性问题却越来突出，风网脱落事故的发生不仅会影响人们日常的生产、生活，还会影响社会经济的发展，本文结合某地区的实际例子来对动态无功补偿装置对风场电压水平的影响进行分析。

1 动态无功补偿装置对风电场电压的影响

以某风电场的电网电场为例，该风电场的送出系统总共有7个风电场组成的，而且其装机容两分别为3个600 MW，1个 800 MW，1个1 300 MW以及1个1 800 MW。

各风场送出的功率在经过变压器进行升压后，皆汇集到母线上，然后经过主变后，再送出其他的地域，而且，各个电厂的母线上都有配置无功补偿装置。

该风电场在运行在某种工况下，其总共的传输功率为 2 260 MW，然后设置一侧的母线发生三相短路故障，然后在故障0.1 s之后，对故障进行切除动作。其具体的分析如下，如果该电场动态无功补偿的响应时间为100 ms，那么，风机在进行低压穿越以及高压穿越的判据见表1及表2。

根据表1及表2的数据可知，该风电场在低电压时没有风机发生脱网的现象，但是，在高电压时，有4个风机发生了脱网的现象，因此，系统的暂态响应曲线图如图1、2以及图3所示。

由图1、2以及3的显示可知，当整个系统发生了短路故障时，无功补偿装置端的电压曲线急剧下降，而由无功补偿系统控制的电纳全部投入到晶闸管控制电抗器上，闸管控制电抗器瞬间进入闭锁的状态，在故障切除后，风场电压也得以恢复，由于此时的电纳仍然较高，这就导致无功补偿装置的无功输出仍然较高，系统的无功功率过多致使风机落网。图1～3可以很明显的看出无功输出是导致风机落网的主要原因。

从上分析得知，无功补偿装置暂态调节的相应时间可以很大影响风机的暂态电压，一旦该装置不能够满足风电场而加快调节时，就会引起风机脱网现象的发生。根据有关数据显示，风电场的动态无功补偿装置，其最佳动态的响应时间应小于 30 ms。

2 改进措施以及建议

2.1 开展动态无功补偿装置性能检测及整改工作，加强 运行的管理工作

针对现阶段电厂无功补偿装置运用不规范的现象，根据无功补偿装置容量、运行可靠性能以及配置上进行规范统一优化，以提高无功装置运行的稳定性，进而减少对电网电压的影响，除此之外，还可以通过无功装置的开发商来提高无功装置的技术性能，以满足风电场对电压的控制要求。

除了用加强无功补偿装置性能的方法来控制风电场的电压外，还可以通过管理无功补偿装置运行的方式以达到控制风电场电压的目的。即提高风电场现场运行、维护、修理人员的技术水平来提高无功补偿装置的现场管理水平，减少无功补偿对风电网电压的影响。

建立完善的无功补偿信息管理机构，包括无功补偿装置的改造技术以及方案，建立相关的账台信息、网络参数的管理方式以及工作的机制也是减少无功补偿对风电网电压影响的一个措施。

2.2 其他装置的运用

由于无功补偿装置所输出的无功特性对电压的响应具有滞后性，故而，会使风机在低压穿越后容易因为高压而脱网，并且，无功补偿装置在系统短路时的无功支持能力有限，因此，可以考虑当风网系统发生短路故障时，将动态无功补偿装置也一并进行切除，而且有相关规范数据显示，当动态无功补偿装置不能够提供无功补偿或者无功补偿不足定容量的25%时，可以对动态无功补偿装置进行切除处理。

除此之外，为了提高风电机组在系统发生短路故障时的低压穿越能力，可以考虑在系统故障的时间里接入一个风电机组的跨越器，这样，系统内的无功功率就由网侧变流器进行提供。

当风电场高压侧的母线电压经过测量，其数值低于0.50 pu（对应的无功补偿的容量不足额定容量的25%，该母线电压阈值的选取具体可根据适应不同的故障范围需要确定，阈值取的越大可适应的故障范围越广，但该阈值不应高于风电场稳态运行下升压站高压侧母线电压可能达到的最低电压值）时，风电场无功控制系统的子站就会发出封闭无功补偿控制装置指令，同时，将风机跨接器转接入电网的控制系统中，有风电机组网侧的变流器为风网下同提供无功支持，而提高风机低压穿越的能力，风机无功出力应满足转子侧变流器电流不超过其最大值的限制。

故障切除后，当测量到风电场升压站高压侧母线电压不低于0.85 pu时，经延时控制中心提供的无功参考值计算出无功补偿装置的导入参考值，然后再次接入无功补偿系统装置，同时将风机跨越器退出，完成了整个故障期间的无功协调控制。

3 结 语

通过全文的叙述可以得出以下结论，风电网在进行供电时，风机电组在进行低压穿越时不会发生脱网现象，但是在进行高压穿越时会产生风电机组脱落的现象，当风网发生故障时，风电机组因故障期间的电压过高而导致脱落，在对风网故障进行切除时，可以将无功补偿装置一并进行切除，然后由风机跨接器进行对系统的无功控制，故障切除后，再将风机跨接器退出，重新接入无功补偿装置。

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