基于SVG的风电场无功控制策略研究

王海娟

【摘  要】文章对风电场的无功功率平衡与电压问题进行研究，以SVG无功补偿为基础，根据实际运算来确定不同情况下的无功控制效果，从而制定针对性的风电场无功控制运行模式。首先阐述风电场无功损耗的特点，其次介绍基于SVG无功补偿装置的风力发电系统，并且对无功功率的控制极限进行分析，最后提出风电场无功控制的优化策略，旨在促进风电场的稳定运行质量。希望对相关研究人员提供参考与借鉴。

【关键词】SVG;风电场;无功控制;直驱发电机组

引言

风电场为保证运行电压的稳定程度，会采用无功平衡技术，例如针对风力发电设备安装动态调节装置，根据无功补偿的运行情况作出最正确的调整优化，这样可以将设备运行电压与电流控制在合理范围内，一方面可以提升风电场机组的运行质量，同时也能够在成本与安全方面得到一定保证。但是，无功补偿模式在实际运行中会受到各类因素的影响，因此风电场在并网运行时，都会对无功补偿装置进行调试，例如SVG无功补偿装置，利用补偿器对风电场的运行功率进行无功调整，以此来实现风电场自身的无功功率平衡。因此，本文重点对SVG无功补偿装置的运行控制策略进行研究，对维系风电场供电网络的安全运行具有重要意义。

1.风电场无功损耗的特点

风电场内的无功功率损耗主要由以下几部分组成：（1）风力发电机箱运行时产生的无功功率消耗;（2）汇流站主变压器运行过程中形成的无功功率消耗;（3）输电线路配电过程中形成的无功功率消耗，具体可以分为容性无功功率与感性无功功率;（4）当风电机组的并网线路较长时，还要考虑高压线传输过程中的无功功率消耗。因此，想要保证风电场无功功率损耗的控制效果，便要从多方面入手，例如供电设备与线路等，采用SVG无功补偿装置对风电场的配网线路进行多区段控制，这样能够提升具体环节的无功功率控制质量，并且可以对各部门的实时运行数据进行测算，以运行参数的要求对SVG装置进行调整。

2.基于SGV的风力发电系统及极限功率

基于SVG的风力发电系统：本研究以金风科技1.5 MW永磁直驱风力发电机组为例，侧重对SVG的无功补偿控制问题进行分析。该类发电机组在运行过程中，其电网都是直接与电子连接，以此来保证运行频率与电压属于恒定状态。此外，这种连接方式还有利于定子电压的控制效果，当给定定子电压变化时，其相应的有功功率与无功功率可以根据转子电流进行计算，例如，当风力发电机组的定子电压矢量保持不变时。设备运行的电压、电流以及转子位置角都可以通过发电机轴上的传感器进行测定，这样将各类数据信息进行汇总，并且传递到服务器终端，不仅能够明确风力发电机组运行时的各类参数情况，当存在运行故障隐患时，可以及时在数据中显示。而且根据转子变量数值可以计算出相应的轴定子电压。

3.风电场无功控制及SVG应用

3.1风电场无功控制

风电场针对无功补偿工作进行优化完善，主要原因便是为保证运行电压与电流的稳定性，同时还要对并网点的运行质量作出保证。因此，在风电场的整体电力系统中，运行电压与无功功率之间的关系也比较密切。在对风电场的无功问题进行分析时，一方面要将风电场作为一个整体，另一方面要将系统接入段作为分析对象。本研究以金风科技1.5 MW永磁直驱风力发电机组为例，侧重对SVG的无功补偿控制问题进行分析。为促进风电场系统电压的恒定性，要对风电场出口电压、传输线路电压、线路设备电阻以及高压传输线电压等参数进行综合分析，并且以某个并网点为例，这样才能准确判定出风电场运行系统的无功损耗。

3.2风电场SVG应用

SVG静止无功补偿装置的运行电路主要分为电压型主电路与电流型主电路，该装置可以发出感性无功来补偿空载时线路的容性无功，也可以发出容性无功来补偿永磁直驱风力发电机组满载时线路中的感性无功。因此，可以说SVG装置的控制实质就是对变流器进行控制，通过对轴电流、无功功率、三相电流以及直轴分量等因素进行宏观调控，以此对SVG的有功与无功运行状态进行控制，这样才能最大程度的发挥出SVG装置的应用质量。

此外，在SVG的无功控制系统框架中，会将并网点的运行电压作为主要参考因素，通过对计划电压与实际电压进行对比分析，并且根据调节器得到的无功电流参考信号，可以根据实际电压与参考电压的差值对无功补偿运行模式进行调整，在此过程中SVG装置对于系统的控制目的便是对并网点的无功补偿进行稳定控制，从而强化SVG变流器的直流侧电压，为风电机组的稳定运行提供保障。

4.基于SVG的风电场无功控制优化策略

4.1无功功率控制方案

风电场在设计无功功率控制方案时，需要结合自身设备情况，并且对电力调度部门的安排方案进行分析，如果调度部门对无功功率给定值存在要求，则要对风电场无功功率输出量作出调整。如果调度部门没有提出要求，则可以根据运行状态自行决定。此外，方案设计过程还包括以下工作：（1）对风电场主变压器的低压侧数值进行实时监测，并且对主变压器形成的无功功率补偿进行测定;（2）对风电机组环境风速进行测定，有功功率采用以最大捕捉风能为目标的控制策略;（3）针对各具体风电机组的运行状态进行测定，当风电机组之间运行参数存在明显差异时，要在功率控制方案中得以体现，以此来保证无功控制策略的应用质量;（4）针对风电机组的无功出力极限进行分析，对最大约束力进行计算，将计算结果应用到各风电机组中，从而得到准确的无功出力总和。

4.2无功功率分配方案

本研究將SVG无功补偿装置作为基础，在实际应用中要科学控制该装置的优势与缺点，一方面可以优先采用直驱风电机组相应的变流器，以此来强化无功补偿装置的运行效率。另一方面要明确各具体风力机组的电压及电流数值差异，从而在调整无功控制参数时能够更加准确，以此来强化SVG装置与直驱风电机组变流器的协同运行质量。

4.3无功功率算例分析

为验证本研究提出的无功控制策略的可行性，针对某风电场进行无功控制策略的试运行，并且做出相应的算例分析。该风电场共有100台金风科技1.5 MW永磁直驱风力发电机组，汇集到35kV母线上，通过二台降压变连接到110kV母线。

（1）未采用本文提出的无功补偿控制方案时，各风电机组可以依靠自身变流器对电流与电压进行调节，但是无功补偿效果不稳定，并且未能根据具体风电机组的运行状态开展最合适的调整控制。

（2）在采用本文提出的无功补偿控制方案后，风电场电压在0.3s的时间内恢复到原电压之前的水平，根据算例结果能够看出，本文提出的风电场无功补偿方案可以有效控制风电场与电网交换的运行效果。对于SVG装置而言，可以在最短的时间内对风电机组的无功功率进行平衡控制，提升直驱风电机组的运行质量。

5.结束语

文章为提升风电场的稳定运行质量，从无功功率补偿控制问题入手，将SVG无功补偿装置作为基础，阐述风电场无功损耗的特点，介绍基于SVG无功补偿装置的风力发电系统，并且对无功功率的控制极限进行分析，最后提出风电场无功控制的优化策略，具体为无功功率控制方案、无功功率分配方案、无功功率算例分析，这样才能强化风电场的无功补偿控制效果，为我国风力发电行业的可持续发展提供稳固保障。

参考文献

[1]杨杰.风电场、光伏电站集群控制系统应用研究[J].工程建设与设计，2020（07）：67-68.

[2]李自明，姚秀萍，王海云，等.风电场VMP系统无功控制策略研究[J].电力电容器与无功补偿，2016，37（002）：67-71.