利用风力发电机的无功功率补偿风电场无功损耗

杜博婷

摘 要：为了保证现代风力发电有良好的发展，应认识到风力发电体系的特点以及不足，同时能积极的制定促进风力发电体系发展的方案，比如通过风力发电机设备的无功功率来补偿风电场系统的无功损耗。

关键词：风力发电；无功补偿；补偿风电场；无功补偿

风力发电由于具有良好的环保性、可再生性，使得风力发电在当前电力供应领域发挥了关键力量，促进了电力领域的发展。尤其是在电力传输困难的地区，风力发电已成为相应地区供电的主力。但受到风力发电技术特点的影响，在无功补偿方面投入较大成本，影响了风力发电体系发展，需要技术人员做好无功率补偿方面的工作，推动风力发电发展。

1 无功率补偿技术在风电场中的运用概述

由于发电技术的特点的影响，在实际的风力发电中会出现一些缺陷，影响风力发电的正常发展，需要技术人员采用无功补偿的方式保证风力发电系统化的稳定运行。在当前的风力发电系统中无功补技术主要是通过在风电场汇集站点中安装集中类型无功补償设备来实现的，但这也会到导致风电场系统在无功补偿方面的投资偏大。而在对风电场发电系统优化的过程中，人们也在积极的探寻高效的解决方法，以期促进风电场系统的发展。在无功补偿问题实际的解决过程中，部分地区以不同大小的风力发电量和实际的电压波动为基础进行换算，逐渐开发出了以风力发电机设备的无功率损耗来平衡风电场的技术。在运用这项技术的时候，需要根据风电场当中的母线电压数值变动来完成无功补偿设备的选择。对于发电量变化导致的母线电压变化量在电网系统标准以内的风电场，可以利用风力发电设备的无功功率来降低汇站点当中无功补偿设备的容量，这样也就减小了无功补偿方面的投资。

2 风电场系统无功损耗以及特点分析

2.1 风电场当中的无功损耗

当代风电场整体结构越发复杂，而其无功损耗则主要是由以下几个部分所构成的

（1）风电场当中风力发电机设备升压变压组件消耗的无功功率，其具体的计算公式为：

Qb=[（UdIm）/（100Ie）+I0/100]Se

（2）风电场当中汇流站部主变压器部件损耗的无功功率木，其具体的计算公式为：

QB=[（UdIm）/（100Ie）+I0/100]Se

（3）风电场当中集电路结构损耗的无功功率，其具体的无功功率以及感性无功功率核算公式为：

QC=U2ωCl

QL=3I2ωLl

（4）在一些并网线较长的风电场当中，还需要能考虑到高压并线路结构百分之50的无功损耗，其具体的无功率以及感性无功率的核算方式为：

QC=U2ωCl/2

QL=3I2ωLl/2

在公式中，Q代表各电路元件所损耗的无功功率：Ud代表变压器设备阻抗类电压百分值；Im代表变压器设备其需要进行补偿一侧的实际工作电流；Ie代表变压器设备需要进行补偿一侧的具体额定电流；I0代表变压器设备空载状态电流百分比；Se代表变压设备的额定容量；U代表计算线路系统的额定电压数值；I代表通过线路的工作电流大小；l代表风电场当中架空集电线路的具体长度。ω的代表电网系统的频率；C代表架空类型电路线路结构的单位电容：L代表架空电力线路结构的单位电感。

2.2 风电场当中无功损耗的实际特点

根据对上述各计算公式的分析来看，风电场当中变压器设备的损耗数值、线路感性类型无功损耗数值和工作电力数值的平方成正比，同时也和风力发电机设备产生的有用功率数值的平方成正比，这也就表示风电场当中的无功损耗数值是随着发电功率数值变化而发生变化的。

3 利用风力发电机的无功功率补偿风电场的无功损耗分析

从电机运行方式来看，风力发电机分为恒速恒频风力发电机和变速恒频风力发电机2种类型。其中，变速恒频发电机又包含双馈型变速恒频发电机和直驱型变速恒频发电机2大主要类型，这2种机型是当今风力发电机的主流机型。

双馈型变速恒频发电机是当今风力发电的主流机型，它是绕线式异步发电机的一种，其定子绕组直接接入工频电网，转子通过交-直-交式双向变频器与电网联接。双馈发电机通过双向变频器对转子进行交流励磁。双馈发电机是通过双向变频器为异步电动机提供励磁电流，以使风力发电机运行在同步转速状态下（发电机状态）。调节转子励磁电流的频率和相位，可调节定子绕组的有功输出。根据电机学原理，改变发电机励磁电流的大小，可调节发电机输出的无功功率，所以通过调节双向变频器的励磁电流，就可调节双馈发电机的无功输出。

恒速恒频风力发电机多采用鼠笼型异步电机作为并网运行的发电机，它根据异步电机同步转速的概念，当发电机的转子转速小于同步转速时，该电机从电网吸收有功功率，以电动机状态运行；当发电机的转子转速大于同步转速时，发电机开始发电，将风力机的机械能转换为电能，向电网输出有功功率。恒速恒频风力发电机的运行原理与异步电动机相同，在运行时需从电网吸收有功功率来建立磁场，因此这种类型的风力发电机需要自身配有无功补偿装置，不能向系统发无功。

直驱型变速恒频发电机是当今风力发电的主流机型，它略去了双馈型风力发电机的齿轮箱，使风力机与发电机同轴相连。这样，发电机的频率只与风力机的转速和发电机的极对数有关。直驱型变速恒频发电机是通过采全功率变流技术，采用AC-DC-AC变流方式，将发电机发出的低频交流电经整流转变为脉动直流电（AC/DC），经斩波升压输出为稳定的直流电压，再经DC/AC逆变器变为与电网同频同相的交流电，最后经变压器并入电网，完成向电网输送电能的任务。由于直驱型变速恒频发电机采用的是整流逆变技术，通过调节逆变器的相位角就能调节风力发电机的无功输出，所以直驱型变速恒频发电机可以发出一定容量的无功功率。

4 风力发电机的无功功率补偿风电场的无功损耗关键技点分析

风电场无功补偿方案应以无功功率平衡和电压变动计算为依据。距离电网较近时，系统短路容量较大，对于发电量的变化不会影响系统电压稳定性的风电场，无功补偿设备没有必要选用可快速调节的动态无功补偿装置，用风力发电机的无功功率进行补偿可基本实现上述风电场的无功平衡，具有很大的经济意义。

5 结束语

风力类型发电系统在各种能源短缺加剧、社会对电力能源消耗量攀升的现代有着巨大意义，能实现环境保护和电力供应稳定的双方面发展，在电力供应方面有着巨大的发展潜力。而为；了实现风力发电领域更好的发展，也就需要技术人员能运用无功率补偿技术来提升风力发电体系的整体运行质量。这样需要风力发电技术人员能提升自身能力，为风力发电领域的技术升级奠定基础。

参考文献

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