● 廣州市奔流電力科技有限公司 曹琪娜 江浩俠 李桂昌

鑒于我國風(fēng)電場接入的無功配置情況，單純配置靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置無法滿足風(fēng)電場在出現(xiàn)故障或擾動時容量快速變化的無功需求，無法實現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償。此外，由于風(fēng)速隨機(jī)性很強(qiáng)的原因，風(fēng)電機(jī)組的無功和有功功率波動速度較快，因此風(fēng)電機(jī)組所配置的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置需要滿足一定的動態(tài)響應(yīng)速度。

基于此，本文考慮了風(fēng)電機(jī)組接入配電網(wǎng)后的電壓質(zhì)量、線損率和投資回收期的綜合因素，提出一種適應(yīng)風(fēng)電場接入配電網(wǎng)的動靜態(tài)混合無功補(bǔ)償配置方法，從供電企業(yè)和用戶兩方面的利益出發(fā)，可為風(fēng)電接入配電網(wǎng)的無功配置提供實用指導(dǎo)。

1 特性分析

以雙饋型風(fēng)電機(jī)組為研究對象，風(fēng)電場的無功消耗主要來源于變壓器和集電線路，其中變壓器損耗、集電線路感性無功損耗與工作電流的平方成正比，即與風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率的平方成正比，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功損耗是隨發(fā)電功率的變化而變化的。

此外，由于風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性特點，風(fēng)電場一天內(nèi)的出力也是隨機(jī)變化的，即風(fēng)電場中輸出的有功功率隨著風(fēng)速的變化而隨機(jī)變化的。當(dāng)風(fēng)電場在陣風(fēng)、間歇風(fēng)時會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊過程，同時風(fēng)速在某一風(fēng)速下隨機(jī)波動時也會產(chǎn)生波動過程。

對于雙饋式風(fēng)機(jī)來說，其諧波的主要來源是變速箱，由于變速箱始終處于工作狀態(tài)，諧波電流大小與輸出功率基本呈線性關(guān)系，但風(fēng)電機(jī)組各次諧波電流的含有量不是很大，主要含 2、3、5、7 次諧波電流，其中 5、7 次諧波最嚴(yán)重，總諧波電流畸變率一般為3.4%～6.0%。

2 影響分析

風(fēng)電場接入電網(wǎng)的典型模型為風(fēng)電機(jī)組升壓到110kV后接入附近的中心負(fù)荷變電站，給中心負(fù)荷供電；同時遠(yuǎn)方220kV線路的電源作為110kV變電站進(jìn)線，經(jīng)過降壓變壓器向低壓側(cè)母線提供電能，即負(fù)荷由風(fēng)電場和電網(wǎng)進(jìn)行供電。此時，風(fēng)電場及電網(wǎng)共同向母線所帶負(fù)荷進(jìn)行供電，二者表現(xiàn)為“互補(bǔ)”的形式，即當(dāng)風(fēng)電場出力大時，負(fù)荷多從風(fēng)電場吸取有功功率，減小了向網(wǎng)側(cè)索取有功功率的需求，反之亦然。

（1）電壓偏差影響。對風(fēng)電場接入電網(wǎng)的典型模型進(jìn)行仿真研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場并網(wǎng)點的電壓偏差情況隨機(jī)組接入容量增加而產(chǎn)生的變化并不是十分明顯，電壓稍微偏低但仍在風(fēng)電場并網(wǎng)點的考核下限－3%以上。

（2）電壓波動影響。風(fēng)電機(jī)組在隨機(jī)的風(fēng)速作用下，其功率輸出具有變動的特性，容易引起所接入系統(tǒng)的電壓波動問題。這種連續(xù)的電壓波動可能會引起相對嚴(yán)重的閃變問題，危害主要體現(xiàn)在：照明燈光閃爍，引起人的視覺不適和疲勞；影響對電壓波動較敏感的工藝或試驗結(jié)果；電壓波動引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻。

3 無功配置現(xiàn)狀

風(fēng)電場自身輸出無功功率的能力有限，在其出力較大的情況下需要補(bǔ)償感性無功功率；同時風(fēng)電場一般通過較長的輸電線路接入系統(tǒng)，當(dāng)出力較低時，長距離輸電線路的充電功率會導(dǎo)致風(fēng)電場并網(wǎng)點的電壓升高，此時需要增加感性補(bǔ)償。風(fēng)電場的無功補(bǔ)償分為靜態(tài)和動態(tài)無功補(bǔ)償2種。

（1）靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要用來補(bǔ)償系統(tǒng)正常運行時的無功功率損耗，如異步機(jī)的勵磁和變壓器的運行損耗，一般的做法為在異步機(jī)的端口母線處加裝并聯(lián)電容器。

（2）動態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要用來補(bǔ)償風(fēng)速擾動或者故障時異步機(jī)所吸收的大容量的無功功率。目前，應(yīng)用于風(fēng)電場的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要有TCR型靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）與靜止無功發(fā)生器（SVG）兩大類，二者在平衡無功功率、穩(wěn)定電壓水平方面，均有較好的效果。

目前，南方電網(wǎng)公司對風(fēng)電場的接入通常要求配置SVG進(jìn)行無功補(bǔ)償，以快速響應(yīng)風(fēng)速引起的出力變化，減小并網(wǎng)點的電壓波動，一般要求控制在額定電壓的－3%～+7%。

4 無功配置方法

風(fēng)電場不僅與其所處位置的風(fēng)速情況緊密相關(guān)，還與風(fēng)電場并網(wǎng)方式、接入位置、并網(wǎng)點負(fù)荷情況有關(guān)，單一模型下的優(yōu)化結(jié)果難以解決風(fēng)電場接入的無功優(yōu)化配置問題。此外，風(fēng)電場本身作為一個發(fā)電環(huán)節(jié)，難以評價其經(jīng)濟(jì)性、投資回收期，甚至風(fēng)電場接入線路后的線損率等情況。因此，針對風(fēng)電場的無功優(yōu)化配置研究需全面考慮效果性和經(jīng)濟(jì)性方面的因素。

本文以固定電容器FC作為靜態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備類型、以靜止無功發(fā)生器SVG作為動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備類型，并考慮電壓質(zhì)量、線損率和投資回收期的綜合因素，提出一種適應(yīng)風(fēng)電場接入配電網(wǎng)的動靜態(tài)混合無功補(bǔ)償配置方法。具體步驟為：根據(jù)風(fēng)電場自身的特點以及相關(guān)文獻(xiàn)對無功補(bǔ)償容量以及節(jié)點電壓的規(guī)定，計算適應(yīng)風(fēng)電場接入容量的補(bǔ)償容量初值；從總的補(bǔ)償容量、固定補(bǔ)償和動態(tài)補(bǔ)償?shù)谋壤?、設(shè)備類型三個角度形成不同的無功補(bǔ)償方案；利用潮流計算程序計算電壓質(zhì)量改善目標(biāo)、線路負(fù)荷目標(biāo)和投資回收期目標(biāo)三種方案下的目標(biāo)函數(shù)值，將目標(biāo)函數(shù)值最大的補(bǔ)償方案作為最優(yōu)補(bǔ)償方案。

經(jīng)風(fēng)電場接入電網(wǎng)的典型模型的仿真結(jié)果，歸納提取出風(fēng)電場無功配置的實用方案為：

（1）風(fēng)電場無功補(bǔ)償以動靜態(tài)混合補(bǔ)償方式進(jìn)行配置。

（2）風(fēng)電場無功補(bǔ)償容量按風(fēng)電裝機(jī)容量的30%～40%確定。

（3）采用SVG作為動態(tài)補(bǔ)償設(shè)備類型并以動態(tài)補(bǔ)償為主，動態(tài)補(bǔ)償容量應(yīng)占無功配置總量的70%～80%，以適應(yīng)風(fēng)力變化引起的風(fēng)電場出力波動。

5 結(jié)束語

風(fēng)電能源清潔無污染且安全可控，但也存在暫態(tài)穩(wěn)定性差以及無功電壓控制不到位、大規(guī)模集中式開發(fā)容易給電網(wǎng)安全帶來不穩(wěn)定影響等問題。SVG作為解決風(fēng)電場動態(tài)無功電壓問題的有效載體，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其在動態(tài)無功電壓控制策略以及實際工程應(yīng)用方面的研究。