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摘要：应用动态无功补偿SVG进行风电场输出电压的改造，实现了电网电压稳定性的要求，改善电压质量，提高供电设备的功率因数，减少输电线路无功消耗，降低了电网对风电企业的经济考核。
关键字：无功补偿 SVG 风电 输电系统
0 引言
风电作为一种可再生的绿色能源，发展迅速，风力发电的输出功率受风速影响很大，输出功率不稳定，具有波动性和间歇性。我国风电装机容量大、集中度高、大规模并网运行影响电网的安全性、稳定性。目前风功率预测水平难以满足电力系统实际的运行需要。本文针对实际运行中有功功率输出波动大、无功需求量大且变化相对较快时，单依靠电容器组快速投切不能满足控制要求的问题，提出了无功补偿装置改造的方案及运行效果。
1 宁夏长山头风电场输电现状
宁夏长山头风电场安装66台新疆金风750kV的鼠笼式异步发电机，风电场装机容量为4.95万kW。110kV变电站现有1×50MWA主变压器一台，110/10KV两个电压等级，变电站出线有1回至电网恩和220kV变电站，线路约长24.5km，10kV出线现有9回，为单母线接线。
主变低压侧配置了容量为2×3.9MVar的并联式集合电容器组，每次投切容量均是3.9MVar，投切方式是根据电压情况进行投切，不具备动态调节要求。不能满足无功电压控制系统控制无功输出，不满足对并网点电压的控制要求。在电网短路故障电压跌落期间，风电机组继续发出有功功率，为保证风电机组不脱网，需要吸收无功功率。因此需要具有动态无功补偿装置输出动态无功功率。110KV电压输出曲线图如下：
图 1 固定电容器组无功补偿110KV电压曲线图
长山头风电场输出电压在110.5-114.5KV之间变化，并且大部分时间内电压低于113KV，并且不能满足电网电压、动态调节及响应时间的要求。电网要求110KV电压值变化在113.5-116KV之间，风电场出口电压为恒电压运行模式，110kV电压合格率应达到99.80%。风电场应确保无功补偿装置的动态部分能够自动调节，电容器、电抗器支路在紧急情况下应快速正确投切。
固定电容器组不能动态调节改变自身无功输出，电压控制不能满足电网电压的变化，且随着风电场的大规模并网，一旦电网出现故障，单个风电场出现脱网，可引起整个电网风电场机组脱网，严重影响电网安全稳定运行。为了整个电网安全稳定运行，电网公司要求风电场具有动态无功补偿，否则进行严重的经济考核。因此长山头风电场无功补偿系统需要进行升级改造，实现动态调节，满足电网要求。
2 宁夏长山头风电场动态无功补偿技术改造的实施
为了实现长山头风场电压及动态调节的要求，将原固定电容器组改造为无功发生器（SVG）动态无功补偿装置，解决目前存在的问题。
长山头风电场风机部分感性无功损耗约为3.14 MVar，箱变部分无功损耗为2.97 MVar，集电线路部分无功损耗约为2.46 MVar，主变部分感性无功损耗约为5.25 MVar，送出线路一半感性无功损耗约为0.18 MVar。
根据以上容量计算，长山头风电场采用静止无功发生器，型号为：PCS-9583-HSVG-Y10-12，简称SVG，SVG装置额定补偿容量为-12（感性）～ 12Mvar（容性）无功连续可调。保护装置使用SPC641（电容器保护），出线开关柜内CT更换为3只干式电流互感器（LZZBJ9-10-1000/5 10P30/0.5/0.2S），综合自动化系统为南自晋能自动化有限公司的PS600系统。
本套动态无功补偿装置改造完成后， 110KV输出电压曲线如下：
图2 动态无功补偿SVG实施后110KV电压曲线图
图2显示的电压范围在114.5-116KV之间，满足了电网电压113-116KV的变化，实现了1）无功控制系统对并网点电压的控制具有电压稳定的作用，2）响应时间不大于5ms，3）具有短时过载能力，过载无功补偿容量为成套装置总容量的10%、时间持续3min开始报警，过载无功补偿容量为成套装置总容量的20%、时间持续1分钟保护停机，4） 提高了110kV母线考核点的实时功率因素（高于0.95），5）调节速度快、调节平滑、切换损耗低。
3 动态无功补偿改造在风电场中的意义
1.实施SVG改造后，长山头风电场输出电压实现了AVC控制系统，并且实现了实际电压和目标电压追踪控制。
2.通过应用SVG进行无功补偿改造后，满足了电网无功动态调节、无功控制系统、电压合格率要求。电网出现故障时，电压瞬间发生跌落，风电场可以迅速输出无功功率，保证风场内风电机组不脱网，确保电网安全，并且满足了电网要求，避免了电网经济考核，每年为企业节约196万元。
3.通过应用SVG进行无功补偿改造后，当电网系统故障或负荷突增时，快速提供动态无功支撑，确保母线电压稳定，防止发生暂态电压崩溃，改善了系统电压稳定性。
4.由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗，每年节约线损费用约35万元。确保了110KV/10KV母线电压维持恒定运行，提高了变压器、输电线路、风电机组的功率因数。
5.对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。
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论文作者:李鹏,王庆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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