大型并网风电场和光伏电站内动态无功补偿的应用技术研究

刘峰 张江 李振东 姚晓东 张建锋

摘要：目前各类能源技术发展中，风电作为最重要的能源技术之一，在多个区域已经开始投建，并已经并网发电，但是风电系统的出力波动较大，为维持供电稳定，需要采取无功补偿技术提高系统运行质量。基于对动态无功补偿技术分类和技术原理的分析，本文探讨了该项技术的应用方法，并研究了相关技术的使用注意事项，从而让电力系统可运行稳定。

关键词：大型并网风电场;光伏电站;动态无功补偿

引言：动态无功补偿当前已经开发出了多种特定的技术类型，在大型并网风电场与光伏电站内，若要使用补偿技术，要根据电网系统的运行方法、运行原理与运行要求，建成专项性的技术选择系统，从而确保最终取得的技术使用质量得到维持。在该项技术的使用过程，需要按照技术的具体使用方法正确配置，以确保该系统的运行稳定度提高。

1大型并网风电场和光伏电站内动态无功补偿技术类型与原理

1.1 SVG技术原理

SVG技术原理是当前已经开发出的新型技术，该技术的核心是，基于快速导通与关断器件IGBT，结合脉冲调制技术，构造三相式全控桥式的整流逆变电路，其中让交流侧经过电抗元件连接电网[1]。SVG技术可细分为电流型的桥式电路与电压型的桥式电路，其中电压型电路的工作效率更高，因此工程上可主要考虑使用该电路。

SVG技术的电力补偿原理是，改变 SVG技术系统的交流侧电压与并网点电压，通过分析这两个数据的相对大小，得到超前或之后与并网点电压的无功电流，从而实现无功补偿。该系统的构造原理是，SVG、电感器和电阻器串联，其中电阻可忽略，则之后按照公式计算，为：

其中UI为交流侧电压，US为并网点电压，XL为整个系统的阻值，从公式上来看，取得的结果分别为>0、<0和=0的情况，这三种情况分别对应容性、感性与空载工况。

1.2 SVC技术原理

SVC技术体系整体上可以分为两种，一种为MCR型，另一种为TCR型。前者的技术原理是，在系统中配置MCR装置与2个电容器，电容器包括常规电容器与电感器，让系统具备滤波功能，该系统不可自主调解。至于MCR装置，由电抗器与可控硅模块串联构造，用于补偿电感性的无功功率，原理是，调整可控硅系统的导通角，改变经过电抗的励磁电流，以平滑调节电抗器的输出功率。

后者的技术原理是，在系统中配置了一套TCR装置与2个滤波电容器，其中TCR专职内含有控制、检测和触发电路，并检测该系统的变量，取得了检测参数之后，核算并处理该系统的需求变量，之后调整晶闸管的出触发角，从而改

编电抗器的等效电抗参数，从而实现对于该系统电抗器输出的电感性无功功率。该系统基本与MCR系统相同，则TCR系统输出的补偿功率中，亦是电感性功率与电容性功率的和值。

2大型并网风电场和光伏电站内动态无功补偿技术的应用

2.1遵守规范要求

动态无功补偿系统的建设过程，必须要能够遵循专业的规范制度，保障供配电系统可以稳定运行。从目前的系统管理模式上来看，遵守的规范首先是《大型风电场并网设计技术规范》，要求在并电网中的电压，要能够控制额定电压的-3%，～+7%范围，无功调节速度要满足电网的电压调节需求，必要时设置动态無功补偿装置。

其次是《风电场接入电网技术规定》，要求风电场中要配置无功电压控制系统，从而控制并网电压，而对于调节速度和调节的精度，要满足电压的调节需求。

最后是《光伏发电站接入电力系统技术规定》，要求光伏逆变器的功率因数，要能够在超前和滞后0.95范围内可调，若不能满足电压调节需求，需要在其中配置动态无功补偿装置。

2.2补偿方式选择

2.2.1.典型配置方案

在补偿装置的选择过程，要分析整个供配电系统中的典型配置技术，要选择已经并网的大型风电场与光伏电站的的应用典型工程系统运行模式，该过程中要同时分析SVG、TCR和MCR三种形式的无功补偿装置，要分析在当前的风电场和光伏电站中，动态补偿装置的使用方法，之后分析当前已经取得的技术进展。考虑到在系统的不同建设实践中，对于动态无功补偿技术的使用频率和使用规范存在差别，则在后续升级过程，要根据原有的技术模式，在其中合理插入其他类型的无功补偿技术[2]。

2.2.2.性能参数分析

性能参数的分析阶段要能够实现对SVG、TCR和MCR无功补偿装置的无功功率调节范围、谐波含量与动态响应时间进行实测，最终获得的结果为：MCR形势下，响应时间为6659毫秒，有功损耗量为0.04%到3.29%，总谐波的畸变率为3.8%，TCR技术的响应时间为29.16毫秒，有功损耗率为0.05%至9.37%，总谐波畸变率为0.37%。SVG技术的响应时间为16.8毫秒，有功损耗为0.67%到1.86%，总谐波畸变率为0.28%。

通过对最终获得结果的分析可发现，TCR与SVG调节模式，系统的响应时间为毫秒级别，且整体的响应时间不高于30毫秒，而MCR无功补偿技术的响应时间过慢。其二为，TCR技术的有功损耗最大，SVG系统的有功损耗最小。其三是谐波含量参数，TCR技术含量最高，SVG技术最低。

2.3系统配置方法

获得了三项技术的本身特点之后，要根据该电路系统的本身电压值进行分析，整体上可分配为35kV和10kV两种，对于35kV直挂方式，优势是可以在风机或者光伏的集电线路侧进行直接性的无功补偿，且取得的补偿效果良好，另外可兼顾滤波功能，该系统运行过程不占用主变容量，且不需要连接变压器，每套设备都可以做到工作容量的最大状态，缺点是该系统属于新型产品，在施工的成本和技术的成熟度方面存在一定的缺陷。

对于10kV降压工作模式，其优点是技术较为完善成熟，并且系统的运行可靠性较高，缺点是需要在该区域内设置专用的变压器，且每套系统的运行容量较小，同时在第三绕组侧补偿时，需要穿越主变线路，导致补偿效果被削弱。

3大型并网风电场和光伏电站内动态无功补偿技术的使用要点

3.1系统整体配置

在系统的整体配置过程，要根据相关的行业规范、各类技术的本身原理和整个系统的运行要求，实现对于相关技术体系的科学加入，在系统融合之后，则需要研究当前相关技术体系的具体建设方案，从而配置专业资源，让专业的人员投入工作之后，将各类设备以精准完善的模式建成。另外也需要检查该系统原有的无功补偿系统配置方案，需要全面研究原有系统中占据主要地位的无功补偿系统类型，而在后续的分析阶段，要全面研究相关系统的工作模式、工作标准和其他无功补偿技术的投入形式。

3.2事故类型分析

在动态无功补偿系统的运行过程中，会在其中加入特定性的是设备类型，这就要求在实际的工作阶段，要通过对相关的事故原因、事故影响范围、事故造成后果的全面分析，建立专业化的应急预案，从而让该系统在后续的运行中，防止由于产生的各类故障过于严重，且带有一定隐蔽性时，无法被工作人员提前查找并且处理，最终让整个供配电系统失效[3]。

3.3应急预案建设

应急预案的建设阶段，可以根据各类安全事故的发生频率、影响范围和问题的处理成本，对整个应急系统进行合适的分级，让该系统在后续的运行阶段，可根据已经制定的应急预案，派遣专业人员第一时间处理存在的工作问题。要求应急预案建立之后，所有人员都需要加强对其的了解深度，基于此，方可保障该应急预案可以得到持续有效的使用。

结论：综上所述，风电并网和光伏发电系统的运行阶段，需要使用动态无功补偿技术，实现对于整个供配电系统运行安全的保障。在系统的运行过程中，首先需要分析该系统构造过程中所需要遵守的各类行业规范，之后分析当前已经采用了的无补偿系统，从而分析整个供配电线路中可采取的技术类型，最后要对相关技术科学投入，并且分析安全故障类型，并制定应急预案。

参考文献：

[1]包顺先.动态无功补偿技术的应用现状及发展[J].电子技术与软件工程，2017（10）：239.

[2]张刚刚.光伏电站动态无功补偿技术的研究與应用[J].机电信息，2017（15）：18-19.

[3]任继光.大型并网风电场和光伏电站内动态无功补偿的应用技术探讨[J].科技经济导刊，2017（03）：48-49.