沿海地區(qū)風電場無功補償裝置選型研究

嚴文超

摘 要：風能具有隨機性和間歇性的特點，在應(yīng)用風能發(fā)電時，會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問題。如果電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，便會導(dǎo)致風電場不能正常發(fā)電，為了解決這一問題，風電場的風力發(fā)電系統(tǒng)需要應(yīng)用無功補償技術(shù)。前STATCOM裝置是一種雖然存在應(yīng)用局限，卻也擁有廣闊應(yīng)用前景的裝置，現(xiàn)對-沿海地區(qū)風電場無功補償裝置應(yīng)用這種選型的問題進行研究。

關(guān)鍵詞：沿海地區(qū);風電場;無功補償;選型

風力是一種可持續(xù)使用、可再生的綠色能源，將這種能源應(yīng)用在電場中，可把風能轉(zhuǎn)化為電能。當前我國真大力推廣風能發(fā)電技術(shù)，把這種綠色能源轉(zhuǎn)化成人們需要的電能。風能具有隨機性和間歇性的特點，在應(yīng)用風能發(fā)電時，會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問題。如果電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，便會導(dǎo)致風電場不能正常發(fā)電，為了解決這一問題，風電場的風力發(fā)電系統(tǒng)需要應(yīng)用無功補償技術(shù)。前STATCOM裝置是一種雖然存在應(yīng)用局限，卻也擁有廣闊應(yīng)用前景的裝置，現(xiàn)對-沿海地區(qū)風電場無功補償裝置應(yīng)用這種選型的問題進行研究。

1 風電場無功補償技術(shù)

風能具有隨機性和間歇性的特點，在應(yīng)用風能發(fā)電時，會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問題。如果電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致風電場母線電壓波動，那么會造成電壓崩潰的情況，從而風電場不能正常發(fā)電。為了增強風電場電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常人們會在風電場系統(tǒng)中設(shè)計無功補償裝置。當前國家電網(wǎng)公司國家電網(wǎng)調(diào)（2011）974號文件中，對這一技術(shù)作出規(guī)定，給出了動態(tài)無功補償容量配置參出、動態(tài)調(diào)節(jié)相應(yīng)時間參數(shù)的規(guī)定，這便是風電場無功補償技術(shù)。

2 風電場無功補償裝置

2.1 集合式并聯(lián)電容器組

這種裝置又稱FC，它只能產(chǎn)生容性無功。這種技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢為它的造價極低，并且需要的容量小。然而它慶用的局恨性大，這是一種適合應(yīng)用在容性無功補償環(huán)境中的裝置。

2.2 靜止無功補償裝置

這種裝置又稱SVC，它可產(chǎn)生容性無功和感性無功，實現(xiàn)平滑動態(tài)的無功補償。這種補償裝置的應(yīng)用原理為依電網(wǎng)的需求來調(diào)整無功補償，目前，這種裝置分為兩種，一種為應(yīng)用晶閘管控制電抗器SVC與磁抗電抗器SVC。雖然靜止無功補償裝置從理論上可以滿足電網(wǎng)的無功補償需求，但是這種裝置易出現(xiàn)故障，并且動態(tài)響應(yīng)時間長。

2.3 靜止無功發(fā)生器裝置

這種裝置又稱SVG，它設(shè)置有超前電流90□或滯后電流90□的功能，并且具有自整流充電的功能。在電網(wǎng)上設(shè)置了這一裝置以后，它能從三相電網(wǎng)上取得電壓，然后向1個直流電容充電，這是電網(wǎng)不需要無功補償時的運作;當電網(wǎng)需要無功補償時，便將1個直流電容中的電壓逆變成為交流電壓送回電網(wǎng)。這一裝置通過監(jiān)控超前電流90□或滯后電流90□的參數(shù)判斷需要完成充電操作過逆變操作。這種裝置是一種可以快速完成感性和容性，迅速完成調(diào)速切換的裝置。較為常見的SVG分為直掛式與降壓式兩種，因為直掛式較易出故障，所以降壓式應(yīng)用得較為廣泛。

3 沿海地區(qū)風電場無功補償裝置選型

目前沿海地區(qū)應(yīng)用得較多的無功補償裝置為高壓動態(tài)無功補償發(fā)生裝置，又稱STATCOM，它屬于SVG的一種，它的特點是把柔性交流輸電系統(tǒng)融入到SVG中，發(fā)揮了這一技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢以后，它能更快的、更精確的完充電或進行無功補償，提高SVG技術(shù)應(yīng)用的效果。

這一裝置選型的應(yīng)用優(yōu)勢如下：（一）擁有良好的輸出性能，這一裝置的輸出范圍較廣，可滿足較大范圍的輸出需求;（二）具有良好的諧振特性，將柔性交流輸電系統(tǒng)融入于SVG后，它產(chǎn)生了良好的諧振效果，應(yīng)用了這一技術(shù)，它讓SVG的響應(yīng)時間更快，電網(wǎng)的電壓更加平穩(wěn);（三）這一裝置占地小、功耗少、控制策略很靈活、運行噪聲小。總體來說，它的優(yōu)勢能滿足沿海地區(qū)風電場無功補償?shù)男枨蟆?/p>

然而這一裝置選型也存在不足，這些不足歸納如下：（一）散熱不足，由于這種裝置占地小，導(dǎo)致沒有充分考慮設(shè)置的散熱需求;外部使用環(huán)境差異大，部分地區(qū)的散熱條件不足;設(shè)置的設(shè)計不良，沒有做好散熱參數(shù)設(shè)計，從而自身發(fā)熱量較高;沒有充分利用軸流風機通風量，這些因素導(dǎo)致散熱不足。（二）腐蝕較為嚴重，沿海地區(qū)空氣的濕度大，空氣中鹽堿度高，當這種裝置在這樣的環(huán)境中運行時，裝置容易被腐蝕。因為這種裝置的集約性高，當它的零部件補腐蝕以后，往往難以維修，只能更換裝置。（三）實際裝量與裝標稱容量不符，不同的廠家生產(chǎn)出來的裝置，質(zhì)量存在差異，有部分小廠家為了節(jié)省生產(chǎn)成本，會不按規(guī)定標注標稱容量。當慶用了不符合標注容量規(guī)定的裝置時，裝置便易出現(xiàn)故障，并且使用壽命難以保證。（四）運行穩(wěn)定性差，沿海地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)臺風，當出現(xiàn)臺風以后，臺風會影響電網(wǎng)系統(tǒng)的運作，要求系統(tǒng)快速應(yīng)用無功補償技術(shù)讓電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定，然而當前這一裝置的穩(wěn)定性僅達到53%，無法滿足沿海地區(qū)風電場無功補償?shù)男枨螅瑥亩绊戯L機抗臺風策略。

4 總結(jié)

到 2015年底，我國風電裝機規(guī)模要達到9000萬kW一1億 kW。可以預(yù)見未來較長一段時間內(nèi)，風力發(fā)電依舊將快速增長。然而，風電作為電源具有隨機性和間歇性，隨著風電場并網(wǎng)容量的不斷增大，電壓不穩(wěn)定問題也日益嚴重。風能的隨機性變化和系統(tǒng)運行方式的改變導(dǎo)致風電場母線電壓的波動、電壓崩潰的情況也不斷增多。為使風電場的穩(wěn)態(tài)電壓保持在允許范圍內(nèi)，在風電場設(shè)計中選擇合適的無功補償裝置型式并配置合適的無功補償容量是非常必要的。雖然當前STATCOM裝置無法完全滿足沿海地區(qū)風電場無功補償?shù)囊螅欢瑓s也有克服這一裝置應(yīng)用不足的策略。只要當?shù)啬軌蛞?guī)范生產(chǎn)工藝、做好質(zhì)量管理;相應(yīng)部門強化散熱參數(shù)設(shè)計，進一步完善無功補償響應(yīng)的效率，便能發(fā)揮這一裝置的應(yīng)用優(yōu)勢，讓它滿足沿海地區(qū)風電場無功補償?shù)男枨蟆?/p>

風電場無功補償?shù)膯栴}越來越引起風力發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)調(diào)度、電力系統(tǒng)、電力設(shè)計等專業(yè)人員的關(guān)注。雖然沿海地區(qū)的風電場多以小規(guī)模接人、就地消納為主.但隨著220kV匯流站及海上風電的開發(fā)建設(shè)，沿海風電接入越來越趨向集群化。動態(tài)無功補償設(shè)備運行的穩(wěn)定性更應(yīng)得到重視。提高STATCOM的運行管理水平，能使設(shè)備運行更加穩(wěn)定，有助于滿足電網(wǎng)調(diào)壓與穩(wěn)定的要求。

參考文獻

[1]張健華，張春梅，黃兆.新型SVC動態(tài)無功補償系統(tǒng)的設(shè)計及其應(yīng)用[J].高壓電器.2014（10）

[2]師瑞峰，張慧，司大軍.一種精確計及雙饋風電機組損耗的潮流計算方法[J].陜西電力.2014（08）

[3]范雪峰，張中丹，楊昌海，楊晶，宋汶秦，賈春蓉，陳得治，李鵬.大型風電基地動態(tài)無功補償對風電外送動態(tài)穩(wěn)定性的提升作用研究[J].電網(wǎng)與清潔能源.2013（10）

[4]汪日東，蘇業(yè)超，郭士昌.變電站無功補償設(shè)備增效意義及運維策略分析[J].電子測試.2016（03）

[5]王明偉，田莉莉，張鋒.智能變電站繼電保護故障可視化技術(shù)方案研究[J].電子測試.2016（01）

[6]鄭海濤，鄭昕，吳興全，姚天亮.大型并網(wǎng)風電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償?shù)膽?yīng)用技術(shù)分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制.2014（16）

[7]王凱，談英蓮.風電場最佳動態(tài)無功補償容量的選擇[J].電機技術(shù).2012（05）

[8]樊陳，倪益民，竇仁暉，姚志強，王永福，葉海明.智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)規(guī)范解讀[J].電力系統(tǒng)自動化.2012（19）