利用風力發電機的無功功率補償風電場無功損耗

杜博婷

摘 要：為了保證現代風力發電有良好的發展，應認識到風力發電體系的特點以及不足，同時能積極的制定促進風力發電體系發展的方案，比如通過風力發電機設備的無功功率來補償風電場系統的無功損耗。

關鍵詞：風力發電；無功補償；補償風電場；無功補償

風力發電由于具有良好的環保性、可再生性，使得風力發電在當前電力供應領域發揮了關鍵力量，促進了電力領域的發展。尤其是在電力傳輸困難的地區，風力發電已成為相應地區供電的主力。但受到風力發電技術特點的影響，在無功補償方面投入較大成本，影響了風力發電體系發展，需要技術人員做好無功率補償方面的工作，推動風力發電發展。

1 無功率補償技術在風電場中的運用概述

由于發電技術的特點的影響，在實際的風力發電中會出現一些缺陷，影響風力發電的正常發展，需要技術人員采用無功補償的方式保證風力發電系統化的穩定運行。在當前的風力發電系統中無功補技術主要是通過在風電場匯集站點中安裝集中類型無功補償設備來實現的，但這也會到導致風電場系統在無功補償方面的投資偏大。而在對風電場發電系統優化的過程中，人們也在積極的探尋高效的解決方法，以期促進風電場系統的發展。在無功補償問題實際的解決過程中，部分地區以不同大小的風力發電量和實際的電壓波動為基礎進行換算，逐漸開發出了以風力發電機設備的無功率損耗來平衡風電場的技術。在運用這項技術的時候，需要根據風電場當中的母線電壓數值變動來完成無功補償設備的選擇。對于發電量變化導致的母線電壓變化量在電網系統標準以內的風電場，可以利用風力發電設備的無功功率來降低匯站點當中無功補償設備的容量，這樣也就減小了無功補償方面的投資。

2 風電場系統無功損耗以及特點分析

2.1 風電場當中的無功損耗

當代風電場整體結構越發復雜，而其無功損耗則主要是由以下幾個部分所構成的

（1）風電場當中風力發電機設備升壓變壓組件消耗的無功功率，其具體的計算公式為：

Qb=[（UdIm）/（100Ie）+I0/100]Se

（2）風電場當中匯流站部主變壓器部件損耗的無功功率木，其具體的計算公式為：

QB=[（UdIm）/（100Ie）+I0/100]Se

（3）風電場當中集電路結構損耗的無功功率，其具體的無功功率以及感性無功功率核算公式為：

QC=U2ωCl

QL=3I2ωLl

（4）在一些并網線較長的風電場當中，還需要能考慮到高壓并線路結構百分之50的無功損耗，其具體的無功率以及感性無功率的核算方式為：

QC=U2ωCl/2

QL=3I2ωLl/2

在公式中，Q代表各電路元件所損耗的無功功率：Ud代表變壓器設備阻抗類電壓百分值；Im代表變壓器設備其需要進行補償一側的實際工作電流；Ie代表變壓器設備需要進行補償一側的具體額定電流；I0代表變壓器設備空載狀態電流百分比；Se代表變壓設備的額定容量；U代表計算線路系統的額定電壓數值；I代表通過線路的工作電流大小；l代表風電場當中架空集電線路的具體長度。ω的代表電網系統的頻率；C代表架空類型電路線路結構的單位電容：L代表架空電力線路結構的單位電感。

2.2 風電場當中無功損耗的實際特點

根據對上述各計算公式的分析來看，風電場當中變壓器設備的損耗數值、線路感性類型無功損耗數值和工作電力數值的平方成正比，同時也和風力發電機設備產生的有用功率數值的平方成正比，這也就表示風電場當中的無功損耗數值是隨著發電功率數值變化而發生變化的。

3 利用風力發電機的無功功率補償風電場的無功損耗分析

從電機運行方式來看，風力發電機分為恒速恒頻風力發電機和變速恒頻風力發電機2種類型。其中，變速恒頻發電機又包含雙饋型變速恒頻發電機和直驅型變速恒頻發電機2大主要類型，這2種機型是當今風力發電機的主流機型。

雙饋型變速恒頻發電機是當今風力發電的主流機型，它是繞線式異步發電機的一種，其定子繞組直接接入工頻電網，轉子通過交-直-交式雙向變頻器與電網聯接。雙饋發電機通過雙向變頻器對轉子進行交流勵磁。雙饋發電機是通過雙向變頻器為異步電動機提供勵磁電流，以使風力發電機運行在同步轉速狀態下（發電機狀態）。調節轉子勵磁電流的頻率和相位，可調節定子繞組的有功輸出。根據電機學原理，改變發電機勵磁電流的大小，可調節發電機輸出的無功功率，所以通過調節雙向變頻器的勵磁電流，就可調節雙饋發電機的無功輸出。

恒速恒頻風力發電機多采用鼠籠型異步電機作為并網運行的發電機，它根據異步電機同步轉速的概念，當發電機的轉子轉速小于同步轉速時，該電機從電網吸收有功功率，以電動機狀態運行；當發電機的轉子轉速大于同步轉速時，發電機開始發電，將風力機的機械能轉換為電能，向電網輸出有功功率。恒速恒頻風力發電機的運行原理與異步電動機相同，在運行時需從電網吸收有功功率來建立磁場，因此這種類型的風力發電機需要自身配有無功補償裝置，不能向系統發無功。

直驅型變速恒頻發電機是當今風力發電的主流機型，它略去了雙饋型風力發電機的齒輪箱，使風力機與發電機同軸相連。這樣，發電機的頻率只與風力機的轉速和發電機的極對數有關。直驅型變速恒頻發電機是通過采全功率變流技術，采用AC-DC-AC變流方式，將發電機發出的低頻交流電經整流轉變為脈動直流電（AC/DC），經斬波升壓輸出為穩定的直流電壓，再經DC/AC逆變器變為與電網同頻同相的交流電，最后經變壓器并入電網，完成向電網輸送電能的任務。由于直驅型變速恒頻發電機采用的是整流逆變技術，通過調節逆變器的相位角就能調節風力發電機的無功輸出，所以直驅型變速恒頻發電機可以發出一定容量的無功功率。

4 風力發電機的無功功率補償風電場的無功損耗關鍵技點分析

風電場無功補償方案應以無功功率平衡和電壓變動計算為依據。距離電網較近時，系統短路容量較大，對于發電量的變化不會影響系統電壓穩定性的風電場，無功補償設備沒有必要選用可快速調節的動態無功補償裝置，用風力發電機的無功功率進行補償可基本實現上述風電場的無功平衡，具有很大的經濟意義。

5 結束語

風力類型發電系統在各種能源短缺加劇、社會對電力能源消耗量攀升的現代有著巨大意義，能實現環境保護和電力供應穩定的雙方面發展，在電力供應方面有著巨大的發展潛力。而為；了實現風力發電領域更好的發展，也就需要技術人員能運用無功率補償技術來提升風力發電體系的整體運行質量。這樣需要風力發電技術人員能提升自身能力，為風力發電領域的技術升級奠定基礎。

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