风电场无功补偿技术介绍

　　我国风资源较丰富，但适合大规模开发风电的地区一般都处于电网末端，由于此处电网网架结构较薄弱，因此大规模风电接入电网后可能会出现电网电压水平下降、线路传输功率超出热极限、系统短路容量增加和系统暂态稳定性改变等一系列问题。
　　随着风电场规模的增大，风电场与电网之间的相互影响越来越大而系统对风力发电系统的要求也越来越严格。对风电系统主要的两个要求是正常运行状态下的无功功率控制和故障状态下的穿越能力。
　　一、无功补偿概念
　　无功功率补偿Reactive power compensation，简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。
　　这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。应用于风电场的动态无功补偿设备包括并联电容器组、静止同步补偿器和静止无功补偿器(SVC)、STATCOM等。
　　二、《国家电网公司风电场接入电网技术规定》中对无功功率的要求
　　1)当风电机组运行在不同的输出功率时，风电机组的可控功率因数变化范围应在-0.95～+0.95之间。同步发电机的功率因素控制在-0.95～+0.95需要励磁装置有功率因素调节的相关功能。
　　2)风电场无功功率的调节范围和响应速度，应满足风电场并网点电压调节的要求。原则上风电场升压变电站高压侧功率因数按1.0配置，运行过程中可按-0.98～+0.98控制。
　　3)风电场的无功电源包括风力发电机组和风电场的无功补偿装置。首先应当充分利用风力发电机组的无功容量及其调节能力，如果仅靠风力发电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要，则需要考虑在风电场加装无功补偿装置。风电场无功补偿装置可采用分组投切的电容器或电抗器组，必要时采用可以连续调节的静止无功补偿器或其他更为先进的无功补偿装置。
　　由于同步发电机能够提供一定的无功容量，因此在风电场的无功补偿装置的容量需要相应地减小，一般来说最好不要使用分组投切电容器，宜使用SVC和STATCOM。
　　三、无功补偿装置
　　国内风电场中常用的动态无功补偿方式是在风力发电机出口安装并联电容器组或在风电场母线集中安装并联电容器组。并联电容器补偿是通过电容器的投切实现的，呈阶梯性调节，无法实现最佳补偿状态，且动态无功补偿效果受电容器组分组数和每组电容器容量的制约，响应速度慢。
　　我国在新疆达坂城第一次采用了SVC进行机端补偿，将SVC安装在风力发动机的出口处，以风电场接入系统母线处的电压偏差来控制SVC的运行，实现了动态无功补偿的连续性和有效性，能够稳定风电场节点电压，降低风电功率波动对电网电压的影响。在风电场无功补偿的应用中，分别采用了静止无功补偿器SVC补偿的风电机组和用电容器组进行动态无功补偿的风电机组模型来进行实验，表明SVC补偿型风电机组较电容器组补偿型风电机组具有快速平滑调节无功功率的能力。
　　SVC补偿型机组具有快速调节无功功率的能力，SVC装置对机端电压都有一定的支撑能力。风电场升压变压器低压侧装SVC，可以减轻风电机组并网过程中对系统的冲击，实现了恒速风力发电机组的柔性并网。含SVC双馈风电机组的暂态输出特性的实验结果表明，在电网侧故障后，SVC将提高双馈风电机组的出口电压，并增大向系统提供的短路电流，从而使DFIG出口处低压保护的动作灵敏度降低、过流保护的动作灵敏度有不同程度的提高。