摘要：随着风电场建设规模的增大，装机容量的大幅上升，其接入系统后对电网的影响也日益严重，而SVG动态无功补偿装置在满足无功功率、谐波治理，提高功率因数及电能质量，降低损耗，调整电压等方面起着重要作用。
关键词：风电场SVG；动态无功补偿装置
风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的，导致并网功率因数不合格、电压波动和闪变等问题，对于大容量风电场接入系统时还存在稳定性问题，都需要动态无功补偿系统。另一方面，系统电压的波动也会对风机的正常运行造成影响。而且随着技术的发展和完善，SVG的优势越来越明显，在风电场的设计中，无功补偿装置也越来越多的采用了SVG技术。
一、风电场无功消耗分析
风电场无功消耗主要有以下几个方面:
1.风力发电机组的无功消耗,不同机型,不同的机组内无功配置,无功消耗也不同。
2.与风力发电机配套的箱式变压器的无功消耗，一般消耗无功的比例为箱变容量2%-4%，与箱变的短路阻抗有关。
3.风力发电机组配电线路的无功消耗,电缆线路还是架空线路也不同，-般而言:电缆产生无功，架空线路消耗无功。
4.风力发电场升压主变的无功消耗。一般消耗无功比例为变压器容量的3%左右。
二、风电场对无功补偿的要求
当前风电场成熟的设计运行模式是相对较小容量的单台风机由1台箱式变压器升压接至集电线路，多台并联连接后接至统一的35 kV母线上，一个中等规模的风电场需要数十台箱式变压器。依据风能特性,风电场的有功是随机、动态变化的，因此风电场的无功需求也是随机、动态变化的。风电场变化的无功将会将会给数量众多的风力发电机组、箱式变压器以及主变压器和长距离的输电线路等带来无功损耗。为解诀并网风电带来的电压及谐波问题，就需要风电场有动态、宽幅可调的无功容量及消谐能力，以减少风力发电功率波动对电网电压的影响,提高系统的稳定性。
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。目前，风电场主要采用双馈型和永磁直驱型风电机组，绝大多数风电场的风电机组功率因数设定为1,虽然提出了风电场的机组必须采用恒压或恒功率因数控制方式，从而释放机组的无功容量的要求,但预计机组难以满足无功控制的要求。由于风电机组无功出力自动调整能力不足,且风电有功出力预测预报精度不高，电压波动幅度及时刻也难以准确预测,因此，固定无功补偿装置已不能满足风电场的运行要求，必须采用使用静止型动态无功补偿装置(SVC、SVG)调节风电场的无功。
电网公司对风电场动态无功补偿装置的要求是:风电场要综合考虑各种发电出力水平和接入系统各种运行工况下的稳态、暂态动态过程,配置足够的动态无功补偿容量,且动态响应时间不大于30 ms。风电场要确保场内无功补偿装置的动态部分自动调节，确保电容器、电抗器支路在紧急情况下能被自动投切。同时装置能满足谐波治理要求。
三、SVG在风电场的应用
SVG电路有电压型桥式和电流型桥式2种类型，在实际应用中，由于运行效率的原因，迄今投入使用的SVG大多为电压型，它的结构简单，能量损耗小，成本低且易控制。本文以漳州隆教风电场为例，其SVG装置就是电压型的，主要由控制柜、功率柜、启动柜、连接变压器和冷却系统五个部分组成。
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漳州隆教风电场一期装设1套容量为10Mvar 35kV动态无功补偿装置，动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现变电站在任意负荷下的高功率因数运行。装置主要包括：一套额定容量±10Mvar的以大功率可关断电力电子器件组成的逆变器为其核心部分的SVG型静止无功发生器成套装置，并成套配备相应的自动控制监控和保护系统等成套装置，总补偿容量-10Mvar～+10Mvar连续可调，成套装置使用年限不少于20年。
漳州隆教风电场二期装设容量为±4Mvar 35kV动态无功补偿装置1套，装置主要包括：一套额定容量±4Mvar的以大功率可关断电力电子器件组成的逆变器为其核心部分的10kV电压等级的SVG型静止无功发生器成套装置和一台额定容量4Mvar的35/10kV油浸式变压器构成，并配备相应的自动控制监控和保护系统等成套装置，并联构成的总补偿容量－4Mvar～＋4Mvar动态连续可调，成套装置使用年限不少于30年。
四、SVG的工作原理
SVG的工作原理是将自换相桥式电路通过连接变压器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
五、SVG的运行方式
成套装置可以以35kV母线无功功率或35KV母线电压作为控制目标，自动无级调节SVG输出容量，在补偿容量足够前提下，可实现变电站接入点的平均功率因数高于0.98，可以预留远期装置联调接口。
漳州隆教风电场这两套SVG装置有四种运行方式，设定范围为1～4，1:恒功率因数；2: 恒无功；3:电压稳定；4:负荷补偿。
一是恒功率因数方式:该方式用于将系统的功率因数控制在一定范围的场合。装置以系统的功率因数稳定在设定值为目标调节装置的无功输出；二是恒无功方式: 该方式用于令装置输出恒定大小的无功，通过这种方式可以测量装置跟踪无功的准确性和阶跃响应速度；三是电压稳定方式：该方式用于将系统的电压稳定在一定水平的场合，装置以系统的电压稳定在设定电压值为目标调节装置的无功输出；四是负荷补偿方式：运行于该方式时，装置通过检测负荷侧的电流自动调节电流输出，以提高负荷电流的电能质量。
六、SVG的功能
SVG 的主要功能如下：（1）提高线路输电稳定性；（2）维持受电端电压，加强系统电压稳定性；（3）补偿系统无功功率，提高功率因数；（4）谐波动态补偿，改善电能质量；（5）抑制电压波动和闪变；（6）抑制三相不平衡。SVG 是基于电压源型变流器的补偿装置，实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。
七、SVG的优势
随着技术的发展和完善，SVG的优势越发的明显，SVG主要优点在于抑制电压闪变能力强，谐波数量少，损耗小，占地面积较小，补偿功能多样化，作用速度快，能适应风电场的快速补偿要求，作为日后的主要发展方向，非常适合风电场的安全高效应用。
参考文献
[1]林殷昌.动态无功补偿技术在低电压治理中的应用[J].电子技术与软件工程,2018(21):211.
[2]张乐世,杜慧杰.基于动态无功补偿装置的控制策略研究[J].山西电力,2018(05):18-22.
作者简介
李银华，1986年9月，福建省福能新能源有限责任公司，漳州集控中心运行值长，中级工程师。
论文作者:李银华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
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