风电场接入配电系统的无功配置方法

风电场接入配电系统的无功配置方法

苏晗

(国电科技环保集团股份有限公司赤峰风电公司内蒙古赤峰024004)

摘要：随着科学技术的发展，人民对于自然资源的开发和利用也在不断进步。近些年，随着煤炭和石油等资源逐渐枯竭，环境污染问题越发严重，人们把目光转到一些可循环利用的自然资源方面，例如风能，水能等。作为一种新型的清洁能源，风能逐步走近人们的视野中。本文基于在风能的利用中，风电场无功补偿配置方案出现的问题，探讨相关的解决方法。

关键词：风电场无功补偿配置；方案；方法

引言

鉴于我国风电场接入的无功配置情况，单纯配置静态无功补偿装置无法满足风电场在出现故障或扰动时容量快速变化的无功需求，无法实现动态无功补偿。此外，由于风速随机性很强的原因，风电机组的无功和有功功率波动速度较快，因此风电机组所配置的动态无功补偿装置需要满足一定的动态响应速度。基于此，本文考虑了风电机组接入配电网后的电压质量、线损率和投资回收期的综合因素，提出一种适应风电场接入配电网的动静态混合无功补偿配置方法，从供电企业和用户两方面的利益出发，可为风电接入配电网的无功配置提供实用指导。

1特性分析

以双馈型风电机组为研究对象，风电场的无功消耗主要来源于变压器和集电线路，其中变压器损耗、集电线路感性无功损耗与工作电流的平方成正比，即与风力发电机发出的有功功率的平方成正比，所以风力发电机的无功损耗是随发电功率的变化而变化的。此外，由于风速的随机性和间歇性特点，风电场一天内的出力也是随机变化的，即风电场中输出的有功功率随着风速的变化而随机变化的。当风电场在阵风、间歇风时会对电网产生冲击过程，同时风速在某一风速下随机波动时也会产生波动过程。对于双馈式风机来说，其谐波的主要来源是变速箱，由于变速箱始终处于工作状态，谐波电流大小与输出功率基本呈线性关系，但风电机组各次谐波电流的含有量不是很大，主要含2、3、5、7次谐波电流，其中5、7次谐波最严重，总谐波电流畸变率一般为3.4%-6.0%。

2风电场无功补偿配置出现的问题

电容量配置粗略。在目前的风电场的建设中，关于额定容量的计算在实际操作过程中较为粗略。计算的形式多以百分数的方法，而实际的额定容量常高于或低于这一数值，因此，往往出现容量浪费或者容量不足的现象。在这种情况下，将造成风电场的电力资源的浪费，从而导致资金投入的数额增大，影响风电场投资的利用效率。

3无功配置现状

风电场自身输出无功功率的能力有限，在其出力较大的情况下需要补偿感性无功功率；同时风电场一般通过较长的输电线路接入系统，当出力较低时，长距离输电线路的充电功率会导致风电场并网点的电压升高，此时需要增加感性补偿。风电场的无功补偿分为静态和动态无功补偿2种。（1）静态无功补偿装置主要用来补偿系统正常运行时的无功功率损耗，如异步机的励磁和变压器的运行损耗，一般的做法为在异步机的端口母线处加装并联电容器。（2）动态无功补偿装置主要用来补偿风速扰动或者故障时异步机所吸收的大容量的无功功率。目前，应用于风电场的动态无功补偿装置主要有TCR型静止无功补偿装置（SVC）与静止无功发生器（SVG）两大类，二者在平衡无功功率、稳定电压水平方面，均有较好的效果。

4风电场接入配电系统的无功配置方法

4.1调整风电场无功补偿配置的容量

调整风电场无功补偿的容量，将额定容量进行进一步的细分，减少风电场额定容量的浪费。在一些工程计算中，可以将工程设施的配电网内部的功能进行优化，确定合理的参数值，使风电机的电容量适合实际操作中需要的数值，减少资源的浪费。调整风电场无功补偿配置的容量，有利于促进风电场的资源利用效率，减少资金的浪费，对风电场的进一步研究提供了资金支持和技术支撑。

4.2风电场无功补偿的安装地点

风电场无功补偿的动态装置加装的地点主要分为两类，一种是进行分散的补偿点，另一种是集中的补偿点。这两种风电场的无功补偿的安装有各自的分类、特点以及要求，并适应风电场的不同的需要。风电场的分散补偿点较多运用在有感应风机配置的风电场中，安装在风机端部位，并且在风电场的并网点处安装集中补偿点。这种方式是将分散补偿点与集中补偿点在感应风机中结合起来，能够有效减少感应风机在运行的过程中，需要做过多的无功功率的特点。

4.3风电场的无功补偿容量的评估方法

对风电场进行无功补偿容量的评估，需要对风电场的无功补偿的运行状况进行系统的潮流分析。对风电场进行系统的潮流分析一方面可以了解到风电场的运行规律。另一方面，也可以检测风电场运行的安全性以及效率性，对风电场无功补偿配置的容量提出改进的措施。在进行风电场电力系统的潮流分析过程中，有一定的分析运算的方法，同时还要综合考虑到其他的一些因素，如风电场母线的电压等。只有将正确的潮流分析的结果与其他的一些相关因素结合起来，才能对风电场的无功补偿做出正确的评估。风电场评估方法有，建立风电机组的相关数学模型，对风电组的潮流进行系统的分析等步骤及方法，将风电组的评估建立在精确的科学数据分析基础之上。对风电场无功补偿容量的评估方法中要适当加入经济学的相关分析，注意考虑到风电场的经济效率性。在风电场的评估过程中也要注意实际操作中出现的一些问题，在基于现场记录的实际数据来进行风电场无功功率以及系统线路容量等因素来进行模拟，实现对风电场无功补偿的合理有效的评估。在风电场的评估过程中，利用一些软件，将现场的记录数据进行代入，模拟风电场运行的状态，对风电场无功补偿容量的评估方法进行合理的调整，使风电场的评估能够实际的无功补偿配置的优化。

4.4无功补偿设备综合评估

传统的电容器、电抗器以其结构简单、控制方便、价格低廉等特点成为了目前应用较为广泛的无功补偿设备，且效果显著，但是风电接入的波动性和随机性会导致电容器、电抗器频繁投切，损害开关寿命，并且电容器、电抗器只能分组投切而无法满足新形势下无功连续调节的需求。针对风电接入后的电网，尤其是与风电场直接相连的变电站，安装SVC、SVG等动态无功补偿设备成为迫切的需求，SVC和SVG能够满足电网对频繁投切与连续调节的要求，但同时其价格也相对昂贵。变电站电压/无功控制过程需要用到多种无功补偿设备，包括电容器、电抗器、SVC和SVG等。采用何种无功补偿设备，一方面是考虑其性能，例如：SVC和SVG可以频繁投切和连续调节，而传统无功补偿设备无法完成，更进一步，SVC和SVG相比，后者的调节速度更快、范围更宽、故障率更低；同时，也需要考虑经济性，目前来说，SVC和SVG的价格还相对较为昂贵，不计经济效益的大量使用动态无功补偿设备是一种不切实际的行为。总而言之，动态无功补偿设备需与传统无功补偿设备混合使用来实现性能与价格两方面的平衡。

结语

风力作为一种新型的，可循环利用的能源，正在逐步走进人们的视野中。对于风力的开发和利用在全世界的范围内渐渐被重视起来。目前，在我国风电场无功补偿配置的方案尚存在许多可以改进的地方。其电容量的配置量较低，引起电力资源的浪费，投入资金的效率较低。因此，需要对风电场无功补偿配置方案进行优化。例如调整风电场无功补偿配置的容量，调整风电场的接入方式等，利用新型的技术和方法，实现风电场无功补偿配置能切实符合实际的需要，在资源的节约和环境的保护等方面做出贡献。

参考文献:

[1]蒋平,熊华川.混合储能系统平抑风力发电输出功率波动控制方法设计[J].电力系统自动化,2013,37(01):122-127．

[2]裴新荣．风电场无功补偿容量配置及优化运行[J]．城市建设理论研究，2013(9).