潘志鋒

摘要：風(fēng)力發(fā)電是最有前途的清潔能源和可再生能源之一。為了充分利用風(fēng)力能源資源，提高風(fēng)力發(fā)電的效率，有必要采取措施提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運轉(zhuǎn)性能。在風(fēng)力發(fā)電中設(shè)置無功功率補償裝置是提高風(fēng)力發(fā)電效率的一種手段。

關(guān)鍵詞：動態(tài)無功補償;補償裝置SVG;風(fēng)力發(fā)電

1動態(tài)補償裝置SVG的特點

交流電路綜合涵蓋了電壓、電流幾種情況。若負(fù)載為純電阻，電壓與電流相位相同;若負(fù)載為電感形式，電壓相位將會超前于電流相位;若負(fù)載具有良好的電容性，電壓相位則會延遲于電流相位。SVG的基本原理在于其可以將經(jīng)由變壓器或反應(yīng)器將自轉(zhuǎn)橋電路并聯(lián)，達到調(diào)整橋電路AC側(cè)輸出電壓的幅度和相位的目的，或?qū)螂娐返慕涣鱾?cè)電流進行有效控制。因此，電路可以充分滿足無功功率的吸收或釋放需求，起到良好的動態(tài)無功功率補償效果。

1.1SVG的特點

治理諧波功能可以確保系統(tǒng)的安全性能。SVG作為一項可控電流源，只對所需的無功功率進行補償。規(guī)范的諧波電流并不會損傷補償裝置，還能在一定程度上延長其使用壽命，將維護工作負(fù)荷降低最小范圍內(nèi)。另外，系統(tǒng)的諧波電流還能避免串聯(lián)電抗電容器組將諧波放大，甚至是對系統(tǒng)的其他設(shè)備和補償裝置造成損傷。動態(tài)連續(xù)平滑補償及較快的響應(yīng)速度可有效補償電網(wǎng)諧波。實際上SVG可隨著負(fù)荷的變化而變化，對功率因數(shù)進行連續(xù)補償?shù)耐瑫r形成無功功率，并吸收無功功率，從根本上消除無功功率。

1.2SVG具有的優(yōu)勢

傳統(tǒng)電容器無功功率補償裝置主要采用3～10級無功補償方式，每級增減中包含了數(shù)萬種方法，無法實現(xiàn)精準(zhǔn)補償。有源/無功功率補償完全適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的大負(fù)荷變動特性，能夠交換有源電力，能夠提高裝置的成本性能。

1.2.1補償模式

常規(guī)電容器無功功率補償裝置用于無功功率補償，補償后的功率因數(shù)通常為0.8～0.9。SVG主要通過功率模塊來達到無功功率補償?shù)哪康?，其補償后的功率因數(shù)可達到0.98以上。

1.2.2補償時間

常規(guī)電容器無功功率補償裝置主要適用于無功功率補償。其最快補償時間是200ms。SVG可以以1～20ms的速度完成補償。補償時間過長的話，在需要的時候就會變成沒有無功功率的惡劣情況。

1.2.3諧波濾波

傳統(tǒng)電容器無功功率補償裝置普遍以電容電抗型為主，可去除一定程度的頻率諧波。SVG中還應(yīng)用了高級鏈路拓?fù)浜蛢?yōu)化的高頻脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM），周期性地具有多個開關(guān)，通過多個鏈路的相移疊加將輸出電壓接近正弦波。與此同時，采用諧波消除方法還能將開關(guān)頻率和IGBT造成的損失降至最低，而優(yōu)化輸出電壓波形則可以減小SVG裝置的輸出諧波，避免諧波而生成。此外，SVG在補償電流的指令信號下，還能對負(fù)載電流的基本無效分量中的逆極性分量進行追加，起到補償負(fù)載無功功率的效果。SVG控制器主要通過命令電流來計算電路檢測補償對象電流中的諧波及無效電流分量，而補償電流下的電路接到電流運算電路得到的電流指令信號后，可轉(zhuǎn)化為實際的補償電流，以此消除補償電流和負(fù)載電流中的諧波和無效電流，最終得到預(yù)期設(shè)想的電力電流。因此，有效調(diào)整控制策略可對負(fù)載諧波進行補償。

1.2.4使用壽命

傳統(tǒng)的電容器無功功率補償裝置通常由電容或電容器控制，這通常會導(dǎo)致3年內(nèi)的壽命較短，受到較大損失和頻繁維護。SVG的使用年限在10年以上。

2SVG在風(fēng)力發(fā)電工程中的應(yīng)用

SVG型動態(tài)無功補償裝置的配置。電力網(wǎng)公司為了補償電容性和電感性無功功率都需要風(fēng)力發(fā)電機。在風(fēng)力發(fā)電廠的升壓站的低電壓側(cè)，一般設(shè)置有動態(tài)無效電力補償裝置。現(xiàn)在，最多的風(fēng)力發(fā)電站的規(guī)模一般是100MW，200MW，300MW，大部分是100MW。以100MW的風(fēng)力發(fā)電站為例，根據(jù)工程經(jīng)驗，補償容量無功功率一般為25Mvar，補償感性無功功率應(yīng)該根據(jù)輸電線路的長度來決定。如果感性無功功率補償?shù)娜萘康扔陔娙菪詿o效功率的容量，則vsg補償正合適。如果感性無功功率補償?shù)娜萘颗c容性無功功率的容量完全不同，則SVG+FC（固定電容器）類型更合適。采用SVG和分路電容器的組合，滿足連續(xù)調(diào)整的要求，可以降低成本。由于大部分風(fēng)力發(fā)電站的電容性無功電力和電感性無功電力之間的巨大差異，采用SVG+FE的類型。兩個斷路器分別用于控制SVG電路和FC電路。在正常操作期間，兩個斷路器處于關(guān)閉狀態(tài)，以確保動態(tài)無功功率補償裝置的連續(xù)調(diào)整。

SVG+FC動態(tài)無功補償裝置中設(shè)備主要技術(shù)要求。SVG采用IGBT關(guān)斷裝置和模塊設(shè)計。功率單元的結(jié)構(gòu)和電性能是完全一致的，并且可以交換。FC電路由電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器、斷路器、接地開關(guān)構(gòu)成。（1）電容器組：由串聯(lián)反應(yīng)器引起的電容器動作電壓上升中必須含有電容器。（2）系列核反應(yīng)堆：現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電項目中，大部分項目都使用干式串聯(lián)爐。（3）放電線圈：放電線圈對電容器組特別。（4）斷線器：VSG型動態(tài)無功功率補償裝置的電力入口側(cè)設(shè)置3相連接斷線器，為了在維護時確保明顯的切斷點，設(shè)置與“5個預(yù)防”連接的配線端子。

結(jié)語

我國所有風(fēng)力發(fā)電和轉(zhuǎn)換都以固定并聯(lián)電容補償模式為主，在時間層面上存在無功功率補償效果差的問題，在切換時容易出現(xiàn)高過電壓，對網(wǎng)格嚴(yán)重供電不適合。為了從根本上解決這個問題，可選擇性能優(yōu)異的動態(tài)無功功率補償裝置。以瞬時無功功率和補償原理為基礎(chǔ)的SVG將成為無功功率補償技術(shù)未來發(fā)展的大勢所趨。

參考文獻

[1]史佳鈺.新時期新能源風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)研究[J].電子世界，2021（13）：8-9.

[2]蔣曉萱，章心因，呂干云，陸媛，朱寧豐，謝濟城.直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行及低電壓穿越[J].電工技術(shù)，2021（13）：41-43+47.

[3]林鍵.風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)新進展探究[J].我國設(shè)備工程，2021（13）：221-223.

[4]王藝霏.雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)高電壓穿越控制策略研究[D].山東大學(xué)，2021.

[5]趙昱森.含分布式電源的無功補償配置研究[D].西安石油大學(xué)，2021.