摘要：目前，风电场中无功补偿装置的作用在近些年来风电问题不断暴露的情况下显得越来越重要，在这种情况下只有合理有效的运用先进的无功补偿装置才能够使已经出现的问题得到有效的解决，并对可能出现的问题加以预防。基于此，本文首先介绍了无功补偿装置的发展情况，主要包括三个方面：电容器固定补偿、静止无功补偿装置SVC、静止无功发生器SVG，之后详细分析了静止无功发生器SVG的结构，最后对链式SVG与传统SVC以及电容固定补偿相比所具有的优势，主要包括三个方面：响应速度非常快、具有较好的低电压特性、具备优越的谐波特性。希望能够为以后的研究工作提供一些参考。
关键词：风力发电；无功补偿；SVG
近些年来，我国的风力发电取得了快速的发展和巨大的进步，但是与此同时一些积累多年的问题也开始暴露出来。比如风机存在较大的出力波动，从而导致电压随之出现比较明显的波动。另外，风力发电具有比较强的间歇性和随机性，不能进行有效的控制，从而导致难以进行有效的调度。而以往在风电场中广泛应用的动态无功补偿装置不能根据相关的要求进行自动调节，在这种情况下一些风电机组无法低穿越，从而导致风电机组脱网，之后系统电压会因此大幅上升，进而引发过电压保护动作跳闸，造成大面积的风电机组停止工作，使故障影响进一步扩大。
1.无功补偿装置的发展情况
1.1电容器固定补偿
上世纪70年代使用的最为广泛的无功补偿方式就是电容器固定补偿，不过随着电力电子技术的快速发展和应用，再加上电力部门考核要求的不断提高，对于系统的无功的变化电容器固定补偿已经不能满足，与此同时由于系统在运行过程中会出现谐波，而电容器补偿会进一步放大谐波，从而造成非常大的安全隐患，现阶段这种补偿方式已经基本淘汰[1]。
1.2静止无功补偿装置SVC
静止无功补偿装置SVC是第二代无功补偿装置，这种装置主要由晶闸管控制，能够使无功调节的响应速度大幅提高，但是其仍然是阻抗型装置的一种，系统参数会对其补偿功能产生很大的影响，并且与电容器固定补偿存在相同的缺陷，就是会进一步发达系统产生的谐波。实际上可以把静止无功补偿装置SVC当作是动态的无功源。以接入电网的实际要求为依据，SVC能够提供无功给电网，同时还能够将电网中过多的无功进行吸收。在电网中接入电容器组，就能够提供无功给电网，而SVC中并联的电阻器则能够吸收电网中多余的无功。在SVC中存在一个可控硅阀组，这个装置能够有效的控制空心电阻器的电流。具体来说就是通过调整可控硅触发相角，能够使空心电阻器中流过的电流发生改变，从而使该点的电压能够被SVC在电网接入点的无功量正好稳定在规定的范围内。电容器的开关在进行投切的过程中会产生大约10倍以上的涌流，这会对设备的安全产生极大的威胁。并且其调节方式为离散式，导致过补以及欠补等现象很容易发生，与此同时还会导致电压出现波动。SVC能够自动投切滤波支路，这样虽然能够使无功功率的补偿容量得到调节，但是会对滤波效果产生很大的影响。通常情况下SVC的相应时间为40毫秒到60毫秒之间，这对钢铁行业负载的快速变化情况难以进行有效的跟踪，最终导致无法达到补偿效果。因此，SVC的应用场合应该具备以下三个特点：电压波动较小、谐波变化不明显以及负载变化比较平稳[2]。
1.3静止无功发生器SVG
静止无功发生器SVG是第三代动态无功补偿装置，SVG一方面能够将无功发出，另一方面又能够将无功吸收，是一种能够进行双向调节的动态无功补偿装置。SVG能够对系统无功的需求变化进行快速的跟踪，从而使系统的稳定性和安全性得到有效的提高。另外其调节过程平滑连续，能够使实时高功率因素保持稳定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆SVG还具有源滤波功能，能够对谐波进行有效的抑制。同时还能够对三相不平衡、电压闪变等问题进行有效的抑制，在输电系统中枢纽点的电压支撑以及调节中非常适合应用SVG这种动态无功补偿装置，它能够使输电系统的稳定性和安全性得到有效的提高，同时还能够使电能质量得到明显的改善，最终使节能降耗的目的得以实现[3]。
2.静止无功发生器SVG的结构
静止无功发生器SVG的结构主要分为三种，分别是链式结构、多电平结构以及多重化结构。现阶段由于电力电子器件的容量有限，因此要想使装置的容量有效的提高，就需要采用链式结构逆变器、多电平逆变器以及多重化变流器等比较复杂的电路结构。目前，链式结构逆变器这种结构应用的最为广泛。
3.链式结构逆变器
作为一种新型的多电平逆变器结构，链式结构逆变器通常为串联在一起的多组逆变器，通过对各个逆变器导通角的有效控制，就能够产生一种阶梯波，这种阶梯波类似于正弦波。链式SVG可以进行独立分相控制，这样能够使系统的相间平衡问题得到有效的解决。链式SVG具有完全相同的链节结构，便于进行模块化设计，从而使装置的容量得到有效的扩展，并且还能够更加方便的进行维修。另外，链式SVG能够将1-2个冗余链节设置在每一相电路中，从而使装置的可靠性得到提高，与此同时由于连接压气被省略，从而使占地面积大幅减小，进而使装置的成本和损耗大幅降低[4]。除此之外，在链式SVG中没有大型的变压器和电抗器，所以能够将其制造可移动设备，从而使设备的使用率得到很大的提高。与传统的SVC、以及电容器补偿相比，链式SVG具有以下几个方面的优势：一是响应速度非常快。不同的器件其响应时间也存在差异，在传统的SVC中采用的是可控硅，这种器件开关一次的时间大约为10毫秒，而在链式SVG中采用的是IGBT，这种器件开关一次的时间只有10微秒左右。两者相比可以看出SVG的响应速度明显快于SVC。而响应速度更快的SVG在进行同样的补偿时，能够取得更好的补偿效果；二是具有较好的低电压特性。电抗器和电容器是构成SVC的主要元件，也就是实际上SVC还是阻抗型器件的一种，因此应该使用Q = U2 /R这个公式来计算SVC的输出无功。而SVG的电流源特性输出无功则应该使用Q = U* I这个公式进行计算，并且基本上不会受到系统电压的影响。也就是说SVG除了响应速度比较快之外，其还具有较好的低电压特性，因此在动态补偿效果相同的情况下，SVC需要更大的容量，大约是SVG的1.3倍左右；三是具备优越的谐波特性。链式SVG是串联在一起的多组逆变器，通过对各个逆变器导通角的有效控制，就能够叠加一系列的方波，从而产生一种阶梯波，这种阶梯波类似于正弦波。另外在实际的应用过程中为了使谐波进一步减小，通常还会采用PWM脉宽调制。相关的实验研究数据表明，35千伏的链式SVG只输出了不超过0.6%In的谐波电流。
结束语：
综上所述，链式SVG作为目前先进的无功补偿装置，与传统的电容固定补偿以及SVC相比具有压倒性的优势，它不仅能够降低系统的运行损耗，同时还能够显著的提升系统的运行安全性，在未来的风力发电中必将继续发挥非常重要的作用。
参考文献：
[1]张春玲，吴永智，刘海波，et al.动态无功补偿装置SVG在风电场运行可靠性分析[J].祖国，2017（17）：125-125.
[2]肖世华.浅析无功补偿装置在风力发电场的应用[J].环球市场，2016（32）：223-223.
[3]孟祥东[1]，辛力坚[2].风电场无功补偿装置技术改造[J].内蒙古电力技术，2016，34（2）：43-47.
[4]郎福成，齐欣，王宇鹍，等.风电并网静止无功补偿技术研究[J].电工材料，2016（2）：20-23.
论文作者:吴志敏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：链式论文; 装置论文; 逆变器论文; 谐波论文; 电容器论文; 结构论文; 系统论文; 《电力设备》2019年第16期论文;