風電場無功功率優化STATCOM簡單分析

葉景 謝冬梅

摘要 采用電力系統仿真軟件MATLAB/Simulink，仿真分析STATCOM運行性能，對系統進行無功功率的優化，對提高電力系統功率因數，更大地提高系統設備利用率、設備輸電效率以及改善風電系統風電質量，都具有相當重要的實際意義。

【關鍵詞】風電場 功率優化

1 引言

任何現代社會的發展都很能源存在密切的關系，電力是一種重要的能源。社會的發展水平也和電力能源的供需水平存在一定的相關性。在目前工業和民用電量不斷的增加形勢下，人們對電力供應的要求也在明顯的提高。而在能源的大量消耗過程中，人類對地球環境造成的危害也在不斷的增加。風力發電屬于一種很有發展前景的新能源技術，與此相關的研究和應用也處于高速發展階段。風力發電有多方面的優勢，其在提高能源供應效率，減輕環境污染等方面表現出很高的應用價值。目前世界各國都對此進行了各方面的研究。

2 風電場無功補償的研究現狀

2.1 風電場無功補償優化的意義

理論意義：風力發電屬于一種技術很成熟的發電技術，目前已經進入到大規模的商業化發展階段，具有廣闊的發展前景。根據實際的應用結果表明，風力發電在減輕環境污染、調整能源結構等方面的突出作用，且受到了廣泛的關注，與此相關的研究也明顯的增加。

目前此方面的研究重點就是如何控制風電機組不脫網運行。一些學者從不同角度進行進行了研究，且提出了相應優化風電場無功功率的措施。主要為安裝無功補償設備，這類設備有很多種，其中常用的如同步補償器，并聯電容器組、靜止無功補償器等。

3 STATCOM在風電場中的應用

3.1 STATCOM的工作原理

靜止同步補償器（也就是STATCOM）目前在電力系統中開始廣泛的應用。STATCOM的基本原理是將自換相橋式電路里利用電阻或直接并聯在電網上，然后依據輸入的有功或者無功指令，對相應的電路交流側輸出電壓的參數進行調節，控制交流側電流，可以在此基礎上實現相應的調節要求，并獲得所需要的無功電流，這樣就可以進行無功補償，補償器的研究已經有很多，而相關的研究領域主要為主電路、新元件的保護和測控方面。而關于控制方法的研究則是此方面的重點。根據補償相關的功能要求，目前這種補償器的控制主要從控制策略和外閉環的反饋控制量的選取兩方面來考慮，可總體上劃分為電流間間接和直接控制。所謂間接控制，就是將這種補償器看作為一種交流電源。在控制過程中可以通過調節逆變器相關的基波參數來對其進行控樅而直接控制，就是對電流波形瞬時值適當的補償，這種補償器可當作為相應的受控電流源。

3.2 STATCOM模型

實際的變頻器運行的頻率很高，若考慮到開關頻率，需要很小的步長。因而在研究過程中需要進行機電暫態仿真，然后在簡化基礎上，依據能量傳遞關系確定出這種補償器的機電暫態模型。

式中，R和L相應的電阻和電抗。將時域下的電壓方程切入到此坐標中，相應的轉化矩陣為：

4 STATCOM模擬仿真算例系統分析

風電場總裝機容量達到了一百兆瓦，然后依據兩種情況進行分析，其一就是全部的機組都是定速風電機組;其二則認為全部的機組都為相應的繞線轉子異步發電機。其對應的同步機組中涉及到調速系統，勵磁系統等。而相應的發電機組模型應用了Ed、Eq、Ed、Eq 波動的六階模型;負荷模型采用50%恒定阻抗、50%異步電動機模型;本文分析過程中選擇的參數來自于實際風電場，且進行了一定的簡化。

在與此相關的暫態電壓穩定性研究過程中，不考慮風速波動，假定全部的風機的運行工作點保持相同，則可以將此風電場進行等效處理而看作為風電機組。且選擇了三相短路故障進行分卡斤.假定這種故障在t=O.ls時刻發生，故障發生后0.12s跳開。在一定的保護策略下，若風電場電壓低于0.85pu，0.2s跳開風電場。分析不同條件下風電場電壓和轉速的變化情況，討論了四類條件下相應的風電場送出線路三相短路，具體如下：

（l）定速風電機組，相同中沒有設置靜態無功補償器;

（2）同樣的機組中設置相應的無功補償器;

（3）轉子電流控制，沒有設置這種補償器;

（4）異步電機下的這種控制，設置了靜態無功補償器。

分析以上的仿真結果可知，若風電場沒有進行靜態無功補償，在運行過程中，風電場退出。在其中設置了20Mvar補償器之后，故障過程中可以通過其提供一定的無功支持，可以在短時間內恢復電壓，同時提高了電磁轉矩，這樣就不會出現明顯的轉速波動。而這種類型的異步發電機可起到同樣的效果，通過轉子電流控制，可大幅度的提高極限轉速，相應的電壓可在短時間內恢復。在進行這種補償情況下，端電壓在故障清除后0.25s恢復到l.Opu，而帶有可變轉子電阻控制的繞線轉子電機，機端電壓在故障清除后0.2s恢復到l.Opu。根據以上的論述可知，帶有和定速風機組相比，轉子可變電阻控制的風電機組的電壓穩定性更好。在各種電壓降落情況下，對應的電壓穩定性都明顯的提升，且相應的異步機風電場可以更好的恢復狀態。如圖1所示。

5 結論

研究結果表明，STATCOM在異步風力發電機組出現明顯的故障后，幫助其電壓恢復。和定速風電機組相比，帶有轉子可變電阻控制的這種機組的穩態性更好。根據實際的應用結果表明，使用STATCOM補償器可很好的提高暫態電壓穩定性，對高效的故障恢復有一定幫助作用，在維持風電場連續運行方面有重要的意義。

參考文獻

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