動態無功補償裝置SVG在風力發電系統中的應用

潘志鋒

摘要：風力發電是最有前途的清潔能源和可再生能源之一。為了充分利用風力能源資源，提高風力發電的效率，有必要采取措施提高風力發電設備的運轉性能。在風力發電中設置無功功率補償裝置是提高風力發電效率的一種手段。

關鍵詞：動態無功補償;補償裝置SVG;風力發電

1動態補償裝置SVG的特點

交流電路綜合涵蓋了電壓、電流幾種情況。若負載為純電阻，電壓與電流相位相同;若負載為電感形式，電壓相位將會超前于電流相位;若負載具有良好的電容性，電壓相位則會延遲于電流相位。SVG的基本原理在于其可以將經由變壓器或反應器將自轉橋電路并聯，達到調整橋電路AC側輸出電壓的幅度和相位的目的，或對橋電路的交流側電流進行有效控制。因此，電路可以充分滿足無功功率的吸收或釋放需求，起到良好的動態無功功率補償效果。

1.1SVG的特點

治理諧波功能可以確保系統的安全性能。SVG作為一項可控電流源，只對所需的無功功率進行補償。規范的諧波電流并不會損傷補償裝置，還能在一定程度上延長其使用壽命，將維護工作負荷降低最小范圍內。另外，系統的諧波電流還能避免串聯電抗電容器組將諧波放大，甚至是對系統的其他設備和補償裝置造成損傷。動態連續平滑補償及較快的響應速度可有效補償電網諧波。實際上SVG可隨著負荷的變化而變化，對功率因數進行連續補償的同時形成無功功率，并吸收無功功率，從根本上消除無功功率。

1.2SVG具有的優勢

傳統電容器無功功率補償裝置主要采用3～10級無功補償方式，每級增減中包含了數萬種方法，無法實現精準補償。有源/無功功率補償完全適應風力發電系統的大負荷變動特性，能夠交換有源電力，能夠提高裝置的成本性能。

1.2.1補償模式

常規電容器無功功率補償裝置用于無功功率補償，補償后的功率因數通常為0.8～0.9。SVG主要通過功率模塊來達到無功功率補償的目的，其補償后的功率因數可達到0.98以上。

1.2.2補償時間

常規電容器無功功率補償裝置主要適用于無功功率補償。其最快補償時間是200ms。SVG可以以1～20ms的速度完成補償。補償時間過長的話，在需要的時候就會變成沒有無功功率的惡劣情況。

1.2.3諧波濾波

傳統電容器無功功率補償裝置普遍以電容電抗型為主，可去除一定程度的頻率諧波。SVG中還應用了高級鏈路拓撲和優化的高頻脈沖寬度調制技術（PWM），周期性地具有多個開關，通過多個鏈路的相移疊加將輸出電壓接近正弦波。與此同時，采用諧波消除方法還能將開關頻率和IGBT造成的損失降至最低，而優化輸出電壓波形則可以減小SVG裝置的輸出諧波，避免諧波而生成。此外，SVG在補償電流的指令信號下，還能對負載電流的基本無效分量中的逆極性分量進行追加，起到補償負載無功功率的效果。SVG控制器主要通過命令電流來計算電路檢測補償對象電流中的諧波及無效電流分量，而補償電流下的電路接到電流運算電路得到的電流指令信號后，可轉化為實際的補償電流，以此消除補償電流和負載電流中的諧波和無效電流，最終得到預期設想的電力電流。因此，有效調整控制策略可對負載諧波進行補償。

1.2.4使用壽命

傳統的電容器無功功率補償裝置通常由電容或電容器控制，這通常會導致3年內的壽命較短，受到較大損失和頻繁維護。SVG的使用年限在10年以上。

2SVG在風力發電工程中的應用

SVG型動態無功補償裝置的配置。電力網公司為了補償電容性和電感性無功功率都需要風力發電機。在風力發電廠的升壓站的低電壓側，一般設置有動態無效電力補償裝置。現在，最多的風力發電站的規模一般是100MW，200MW，300MW，大部分是100MW。以100MW的風力發電站為例，根據工程經驗，補償容量無功功率一般為25Mvar，補償感性無功功率應該根據輸電線路的長度來決定。如果感性無功功率補償的容量等于電容性無效功率的容量，則vsg補償正合適。如果感性無功功率補償的容量與容性無功功率的容量完全不同，則SVG+FC（固定電容器）類型更合適。采用SVG和分路電容器的組合，滿足連續調整的要求，可以降低成本。由于大部分風力發電站的電容性無功電力和電感性無功電力之間的巨大差異，采用SVG+FE的類型。兩個斷路器分別用于控制SVG電路和FC電路。在正常操作期間，兩個斷路器處于關閉狀態，以確保動態無功功率補償裝置的連續調整。

SVG+FC動態無功補償裝置中設備主要技術要求。SVG采用IGBT關斷裝置和模塊設計。功率單元的結構和電性能是完全一致的，并且可以交換。FC電路由電容器、串聯電抗器、放電線圈、避雷器、斷路器、接地開關構成。（1）電容器組：由串聯反應器引起的電容器動作電壓上升中必須含有電容器。（2）系列核反應堆：現在的風力發電項目中，大部分項目都使用干式串聯爐。（3）放電線圈：放電線圈對電容器組特別。（4）斷線器：VSG型動態無功功率補償裝置的電力入口側設置3相連接斷線器，為了在維護時確保明顯的切斷點，設置與“5個預防”連接的配線端子。

結語

我國所有風力發電和轉換都以固定并聯電容補償模式為主，在時間層面上存在無功功率補償效果差的問題，在切換時容易出現高過電壓，對網格嚴重供電不適合。為了從根本上解決這個問題，可選擇性能優異的動態無功功率補償裝置。以瞬時無功功率和補償原理為基礎的SVG將成為無功功率補償技術未來發展的大勢所趨。

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