沿海地区风电场无功补偿装置选型研究

严文超

摘 要：风能具有随机性和间歇性的特点，在应用风能发电时，会出现电压不稳定的问题。如果电力系统的电压不稳定，便会导致风电场不能正常发电，为了解决这一问题，风电场的风力发电系统需要应用无功补偿技术。前STATCOM装置是一种虽然存在应用局限，却也拥有广阔应用前景的装置，现对-沿海地区风电场无功补偿装置应用这种选型的问题进行研究。

关键词：沿海地区;风电场;无功补偿;选型

风力是一种可持续使用、可再生的绿色能源，将这种能源应用在电场中，可把风能转化为电能。当前我国真大力推广风能发电技术，把这种绿色能源转化成人们需要的电能。风能具有随机性和间歇性的特点，在应用风能发电时，会出现电压不稳定的问题。如果电力系统的电压不稳定，便会导致风电场不能正常发电，为了解决这一问题，风电场的风力发电系统需要应用无功补偿技术。前STATCOM装置是一种虽然存在应用局限，却也拥有广阔应用前景的装置，现对-沿海地区风电场无功补偿装置应用这种选型的问题进行研究。

1 风电场无功补偿技术

风能具有随机性和间歇性的特点，在应用风能发电时，会出现电压不稳定的问题。如果电力系统的电压不稳定，导致风电场母线电压波动，那么会造成电压崩溃的情况，从而风电场不能正常发电。为了增强风电场电力系统的稳定性，通常人们会在风电场系统中设计无功补偿装置。当前国家电网公司国家电网调（2011）974号文件中，对这一技术作出规定，给出了动态无功补偿容量配置参出、动态调节相应时间参数的规定，这便是风电场无功补偿技术。

2 风电场无功补偿装置

2.1 集合式并联电容器组

这种装置又称FC，它只能产生容性无功。这种技术的应用优势为它的造价极低，并且需要的容量小。然而它庆用的局恨性大，这是一种适合应用在容性无功补偿环境中的装置。

2.2 静止无功补偿装置

这种装置又称SVC，它可产生容性无功和感性无功，实现平滑动态的无功补偿。这种补偿装置的应用原理为依电网的需求来调整无功补偿，目前，这种装置分为两种，一种为应用晶闸管控制电抗器SVC与磁抗电抗器SVC。虽然静止无功补偿装置从理论上可以满足电网的无功补偿需求，但是这种装置易出现故障，并且动态响应时间长。

2.3 静止无功发生器装置

这种装置又称SVG，它设置有超前电流90□或滞后电流90□的功能，并且具有自整流充电的功能。在电网上设置了这一装置以后，它能从三相电网上取得电压，然后向1个直流电容充电，这是电网不需要无功补偿时的运作;当电网需要无功补偿时，便将1个直流电容中的电压逆变成为交流电压送回电网。这一装置通过监控超前电流90□或滞后电流90□的参数判断需要完成充电操作过逆变操作。这种装置是一种可以快速完成感性和容性，迅速完成调速切换的装置。较为常见的SVG分为直挂式与降壓式两种，因为直挂式较易出故障，所以降压式应用得较为广泛。

3 沿海地区风电场无功补偿装置选型

目前沿海地区应用得较多的无功补偿装置为高压动态无功补偿发生装置，又称STATCOM，它属于SVG的一种，它的特点是把柔性交流输电系统融入到SVG中，发挥了这一技术的应用优势以后，它能更快的、更精确的完充电或进行无功补偿，提高SVG技术应用的效果。

这一装置选型的应用优势如下：（一）拥有良好的输出性能，这一装置的输出范围较广，可满足较大范围的输出需求;（二）具有良好的谐振特性，将柔性交流输电系统融入于SVG后，它产生了良好的谐振效果，应用了这一技术，它让SVG的响应时间更快，电网的电压更加平稳;（三）这一装置占地小、功耗少、控制策略很灵活、运行噪声小。总体来说，它的优势能满足沿海地区风电场无功补偿的需求。

然而这一装置选型也存在不足，这些不足归纳如下：（一）散热不足，由于这种装置占地小，导致没有充分考虑设置的散热需求;外部使用环境差异大，部分地区的散热条件不足;设置的设计不良，没有做好散热参数设计，从而自身发热量较高;没有充分利用轴流风机通风量，这些因素导致散热不足。（二）腐蚀较为严重，沿海地区空气的湿度大，空气中盐碱度高，当这种装置在这样的环境中运行时，装置容易被腐蚀。因为这种装置的集约性高，当它的零部件补腐蚀以后，往往难以维修，只能更换装置。（三）实际装量与装标称容量不符，不同的厂家生产出来的装置，质量存在差异，有部分小厂家为了节省生产成本，会不按规定标注标称容量。当庆用了不符合标注容量规定的装置时，装置便易出现故障，并且使用寿命难以保证。（四）运行稳定性差，沿海地区经常出现台风，当出现台风以后，台风会影响电网系统的运作，要求系统快速应用无功补偿技术让电网系统稳定，然而当前这一装置的稳定性仅达到53%，无法满足沿海地区风电场无功补偿的需求，从而影响风机抗台风策略。

4 总结

到 2015年底，我国风电装机规模要达到9000万kW一1亿 kW。可以预见未来较长一段时间内，风力发电依旧将快速增长。然而，风电作为电源具有随机性和间歇性，随着风电场并网容量的不断增大，电压不稳定问题也日益严重。风能的随机性变化和系统运行方式的改变导致风电场母线电压的波动、电压崩溃的情况也不断增多。为使风电场的稳态电压保持在允许范围内，在风电场设计中选择合适的无功补偿装置型式并配置合适的无功补偿容量是非常必要的。虽然当前STATCOM装置无法完全满足沿海地区风电场无功补偿的要求，然而，却也有克服这一装置应用不足的策略。只要当地能够规范生产工艺、做好质量管理;相应部门强化散热参数设计，进一步完善无功补偿响应的效率，便能发挥这一装置的应用优势，让它满足沿海地区风电场无功补偿的需求。

风电场无功补偿的问题越来越引起风力发电企业、电网调度、电力系统、电力设计等专业人员的关注。虽然沿海地区的风电场多以小规模接人、就地消纳为主.但随着220kV汇流站及海上风电的开发建设，沿海风电接入越来越趋向集群化。动态无功补偿设备运行的稳定性更应得到重视。提高STATCOM的运行管理水平，能使设备运行更加稳定，有助于满足电网调压与稳定的要求。

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