基于多匯集風電場SVC無功補償的研究

張東明，姚秀萍，孫立成

(1.新疆大學電氣工程學院，新疆烏魯木齊 830047;2.新疆電力調度通信中心，新疆烏魯木齊 830001)

0 引言

中國幅員遼闊，風力資源豐裕，風電場群多數位于電網末端，遠離負荷中心，周圍缺少火電和水電等其他電源的支撐和調節，當風電裝機容量較大且風電場輸出功率較高時，風電場無功需求和輸電線路無功損耗增大，電網無功不足會引起電壓水平和穩定裕度降低，加之風電場缺乏合理的無功動態補償，容易產生高峰負荷電壓偏低和低谷負荷電壓偏高的現象。目前，常見的解決方法有3種:在風電場群匯集站處加裝靜止無功補償器進行無功補償、在各個風電場加裝靜止無功補償器進行無功補償、在各個風電場和風電場群匯集站均加裝靜止無功補償器進行無功補償。為了使無功補償裝置安裝合理化，無功補償最優化，以及提高系統電壓的穩定性和風電送出能力，基于這3種常見的補償方法，分析研究在風電場接入容量不同以及地理距離不同的情況下，靜止無功補償器(static var compensator，SVC)的安裝位置以及補償容量的問題，并通過PSASP仿真程序驗證了最優補償的合理性，使得電網更加安全穩定運行，為風電場建設提供理論借鑒和技術參考依據。

1 靜止無功補償器簡介

靜止無功補償器是一種由電容器和各種類型的電抗器組成的無功補償裝置，用電子開關來實現無功功率的快速平滑控制。由于其價格較低、維護簡單、工作可靠，在國內仍是主流補償裝置。靜止無功補償器先后出現過不少類型，主要有晶閘管控制電抗器組型(TCR型)、晶閘管投切電容器組型(TSC型)、晶閘管投切電抗器組型(TSR型)、晶閘管控制電抗器組和晶閘管投切電容器組并用型(TCR/TSC型)、晶閘管控制高阻抗變壓器型(TCT型)5種。風電機組一般用的是由一固定電容器和由雙向晶閘管控制的可控電抗器組成的SVC。

當風電場大發出力大時，靜止無功補償器作為系統補償，可以維持輸電線路上節點的電壓，減小線路上因為功率流動變化造成的電壓波動，并提高輸電線路有功功率的傳輸容量和電網的靜態穩定性;在網絡故障情況下，快速穩定電壓，維持線路輸電能力，提高電網的暫態穩定性;增加系統的阻尼，抑制電網的功率振蕩;在輸電線路末端進行無功功率補償和電壓支持，提高電壓穩定性等等。當風電場出力較小，作為受端負荷時，靜止無功補償器作為負荷補償，抑制負荷變化造成的電壓波動和閃變;補償負荷所需要的無功電流，改善功率因數，優化電網的能量流動;補償有功和無功負荷的不平衡。

2 無功補償方案比較分析

2.1 方 案

方案1研究的是4個風電場通過風電場匯集母線集中接入風電場群匯集站，然后并入電網，此方案線路距離長，距電網樞紐點較遠，沒有強大的電源支撐。此方案是在風電場群匯集站處安裝靜止無功補償器，來確保并入電網的穩定性。

方案2研究的是4個風電場直接接入風電場群匯集站然后并入電網。各個風電場距離風電場群匯集站的地理距離比方案1大幾倍。此方案是在各個風電場安裝靜止無功補償器，來確保并入電網的穩定性。

方案3研究的是4個風電場通過風電場匯集母線集中接入風電場群匯集站，然后并入電網。此方案與方案1的條件相同，只是此方案在各個風電場以及風電場群匯集站處均安裝靜止無功補償裝置，來確保并入電網的穩定性。

2.2 方案比較分析

3種方案比較分析見表1。

3 算例分析

在研究風電場并網對電力系統的影響時，主要研究各個風電場與電網之間的相互作用，而風電場內部的潮流分布以及風電場中各個風電機組之間的相互影響不在這里的研究范圍。且接入主干網絡的風電場，其配置的容性無功容量除能夠補償并網點以下風電場匯集系統及主變壓器的感性無功損耗外，還要能夠補償風電場滿發時送出線路一半的感性無功損耗;其配置的感性無功容量能夠補償風電場送出線路一半的充電無功功率。

由于方案1和其他兩種方案的線路走向不同，故沒有可比性。現通過工程實例來分析方案2和方案3的合理性。

通過PSASP仿真分析比較并且根據風電場電網接入技術規定，且在各風電場滿發、功率因數在0.9時得出方案2和方案3均不合理。

表1 3種方案比較分析表

圖1 算例接線方式

通過仿真實例分析，離樞紐變電站近的風電場(如A風電場)，即接入較強電網的風電場，其場內無功容量對電網電壓作用很小，風電場參與電網電壓的實際操作的經濟性很差，同時對風電場的要求也會過于苛刻。因此，在電網電壓較低或較高時，不能依靠離樞紐變電站較近的風電場的無功容量來調整電網的電壓，只能靠電網中其他無功電源來調節電網電壓。此時，風電場內應適當具備可供調節無功容量的靜止無功補償裝置。

離樞紐變電站較近的風電場(B、C風電場)的無功容量對電網電壓調節作用有限，安排其場內無功容量時也不應該過多考慮其參與電網電壓調整的要求，風電場內應該適當具備可供調節無功容量的靜止無功補償裝置。

離樞紐變電站較遠的風電場(如D風電場)，即接入較弱電網的風電場，其無功容量對地區電網電壓的調節比較重要。此時，要求風電場參與地區電網電壓調節的需求也顯得非常合理，風電場內的無功容量需要滿足調節所接入電網電壓調節要求。

4 結語

通過PSASP仿真程序仿真了兩種無功補償方案，通過對比分析得出結論:風電場無功容量配置需要與電網結構、送出線路長度及風電場總裝機容量密切配合，風電場需配置的無功容量范圍應該根據每個風電場實際接入情況來確定。它的無功調節容量的調節范圍不能簡單地給出一個風電場功率因數確定的范圍，需要根據具體情況具體確定。但是一般而言，需要風電場具有在系統故障情況下能夠調節電壓恢復至正常水平的足夠無功容量，以滿足電壓控制要求。這是目前實際風電場接入中最為科學的方法，也具有很好的經濟性。

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