信 珂 湯 偉 李鵬飛 張 斌

（山東電力工程咨詢院，濟(jì)南 250013）

根據(jù)《風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)》的規(guī)定，“風(fēng)電場應(yīng)綜合考慮各種發(fā)電出力水平和接入系統(tǒng)各種運(yùn)行工況下的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)過程，配置足夠的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償容量”。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在維持風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓平衡，維持電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，改善電能質(zhì)量等方面起著重要的作用。目前，風(fēng)電場中常用的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置有MSVC和SVG兩種。隨著我國風(fēng)電事業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，有必要對風(fēng)電場中常見的MSVC與SVG兩種典型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的工作機(jī)理和特性進(jìn)行比較分析，從而有利于風(fēng)電場建設(shè)中對于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的選擇。

1 MSVC與SVG裝置介紹與原理分析

1.1 MSVC

華電內(nèi)蒙古通遼代力吉風(fēng)電場一期49.5MW工程（以下簡稱代力吉風(fēng)電場工程）采用的MSVC系統(tǒng)接線圖如1所示。該工程的MSVC裝置采取的是MCR+FC的形式，裝置主要包括：成套電容器組，累計(jì)安裝容量26Mvar，分為2組，每個(gè)支路安裝容量分別為 13Mvar；磁閥控制電抗器，額定容量為13Mvar，總補(bǔ)償容量為-13～+26 Mvar。

所謂MSVC，就是采用磁控電抗器（MCR）的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC），MCR型電壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置由 MCR電抗器、直流激磁調(diào)節(jié)單元、控制器以及監(jiān)視器組成。MCR型電壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置是通過改變電抗器控制回路線圈的直流電流來改變可控電抗器的工作鐵心的飽和程度，從而改變電抗器的輸出容量，配合并聯(lián)的固定電容器組，達(dá)到平滑調(diào)節(jié)無功輸出的目的[1]。

圖1 代力吉風(fēng)電場MSVC接線圖

圖2為代力吉風(fēng)電場工程MCR的控制示意圖，控制器通過脈沖觸發(fā)器改變線圈中控制電流的大小，從而改變電抗器鐵心的磁飽和度，實(shí)現(xiàn)可控電抗器容量的平滑調(diào)節(jié)。

圖2 代力吉風(fēng)電場MCR控制示意圖

MSVC的電壓-電流特性如圖3所示，當(dāng)電網(wǎng)參考電壓 UREF下降時(shí)，MSVC的電壓-電流特性隨之向下調(diào)整，其運(yùn)行范圍是收縮的。

左右兩側(cè)邊界對應(yīng)的電流分別為MSVC提供的無功電流限值ICmax和ILmax，即僅有電容器組投入或僅有電抗器投入時(shí)的伏安特性曲線。

本工程的MSVC，就地裝置安裝兩組電容器，和一組電抗器，生產(chǎn)綜合樓繼電器室內(nèi)安裝一面MSVC控制裝置柜。

圖3 MSVC電壓-電流特性

1.2 SVG

華電萊州金城風(fēng)電一期工程（以下簡稱萊州風(fēng)電場工程）采用的SVG系統(tǒng)接線圖如圖4所示。此工程的靜止無功發(fā)生器成套裝置采取的是 SVG+FC的形式，裝置主要包括：一套額定容量±10Mvar的以大功率可關(guān)斷電力電子器件組成的逆變器為其核心部件的SVG成套裝置，以及一套額定補(bǔ)償容量為10Mvar的并聯(lián)電容器組，成套補(bǔ)償裝置可實(shí)現(xiàn)-10～＋20Mvar無功功率連續(xù)可調(diào)。

圖4 金城風(fēng)電場SVG接線

SVG（靜止無功發(fā)生器）是指采用全控型電力電子器件組成的橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備。根據(jù)其直流側(cè)儲能元件的不同，SVG分為電壓橋式電路和電流橋式電路兩種類型，兩種結(jié)構(gòu)分別采用電容和電感作為儲能元件。根據(jù)控制方法的不同，SVG可分為間接控制和直接控制兩大類[2]。本工程SVG采用的間接控制的電壓橋式電路，其基本工作原理是 SVG通過適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式變流電路交流側(cè)輸出電壓與電網(wǎng)電壓的相角，從而調(diào)節(jié)其所發(fā)出無功的大小及性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康腫3]。如圖5所示，控制裝置是通過MPU主控板來調(diào)節(jié)橋式電路的交流輸出的。

圖5 金城風(fēng)電場SVG的單元橋式電路

SVG的電壓-電流特性圖，如圖6所示，當(dāng)電網(wǎng)參考電壓 UREF下降時(shí)，補(bǔ)償器的電壓-電流特性隨之向下調(diào)整時(shí)，SVG可以調(diào)整其變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位，以使其所能提供的最大無功電流ICmax和ILmax維持不變。

圖6 SVG 電壓-電流相量圖

金城風(fēng)電場工程的SVG，就地裝置安裝一組電容器和一臺連接變壓器，生產(chǎn)樓內(nèi)安裝一套SVG柜（共四面柜）。SVG中隔離變壓器的作用一是濾除電流中的高次諧波，二是起到將變流器和電網(wǎng)連接起來的作用，而且由于變壓器漏抗的原因，取消了SVG支路專門的連接電抗器。

2 MSVC與SVG在工程應(yīng)用中的比較

MSVC與SVG的優(yōu)缺點(diǎn)，可通過下面幾項(xiàng)主要指標(biāo)的對比得以直觀的體現(xiàn)。

2.1 無功補(bǔ)償能力

在兩個(gè)工程中，MSVC在裝設(shè)共 26Mvar電容器組的情況下調(diào)節(jié)范圍略微大于只裝設(shè) 10Mvar電容器組的 SVG的調(diào)節(jié)范圍。根據(jù)前面對 MCR和SVG的電壓-電流特性比較，可看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，補(bǔ)償器的電壓-電流特性向下調(diào)整時(shí)，MCR的運(yùn)行范圍是向下收縮的，而SVG的運(yùn)行范圍可以維持近似不變[4]，故在裝設(shè)電容器組相當(dāng)?shù)那闆r下SVG的補(bǔ)償范圍要比MSVC大。

2.2 占地面積

代力吉風(fēng)電場工程的MSVC，戶外就地安裝兩組電容器和一組電抗器，占地面積約210m2，戶內(nèi)設(shè)備只需在生產(chǎn)綜合樓內(nèi)繼電器室安裝一面MSVC控制裝置柜；金城風(fēng)電場工程的 SVG，戶外就地裝置安裝一組電容器和一臺連接變壓器，占地面積約145m2，戶內(nèi)設(shè)備需在生產(chǎn)綜合樓內(nèi)安裝一套 SVG裝置（共四面柜）。SVG的戶外設(shè)備占地面積比MSVC的要小，但在戶內(nèi)設(shè)備比MSVC多，需要在生產(chǎn)綜合樓專門設(shè)SVG閥控室，增加了部分基建費(fèi)用。

2.3 響應(yīng)時(shí)間

金城風(fēng)電場工程的SVG的響應(yīng)時(shí)間為5ms，遠(yuǎn)小于代力吉風(fēng)電場工程的MSVC的20ms～200ms。響應(yīng)時(shí)間長是 MCR的一個(gè)主要缺點(diǎn)，這是由于磁控電抗器是通過調(diào)節(jié)直流控制電流來調(diào)整電抗值的，在電流值改變調(diào)整時(shí)，電抗值趨于穩(wěn)定需要一段時(shí)間，導(dǎo)致MSVC的響應(yīng)時(shí)間要長一些。

2.4 抑制諧波能力

磁控電抗器也會在電路中產(chǎn)生諧波，主要為 3次、5 次和 7 次，總諧波畸變率在7%左右[5]，但MCR可通過采用繞組三角形接線的方式來消除主要的3次諧波，降低諧波畸變率，本例MSVC諧波特性≤3%。SVG不產(chǎn)生諧波電流，可以利用橋式電路來消除低次諧波，而且SVG可看作可控電流源，不會產(chǎn)生過電流，也不會出現(xiàn)因系統(tǒng)側(cè)參數(shù)變化而導(dǎo)致諧波電壓放大等問題[6]。本例 SVG諧波特性≤3%。雖然諧波的抑制能力差不多，但MSVC由于改變繞組接線方式，會導(dǎo)致電抗器裝置體積的增大，增加裝置的占地面積。

2.5 損耗

所有動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置都不可避免地存在有功損耗，其長期運(yùn)行損耗不容忽視。有可控電抗器的存在，使得MSVC的損耗要比SVG的大。金城風(fēng)電場工程的 SVG損耗 0.8%，代力吉風(fēng)電場工程的MSVC損耗1%，按照補(bǔ)償容量20Mvar，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)每度電0.5元計(jì)算，理論上最大每年SVG可以比MSVC減少損耗17余萬元。

2.6 造價(jià)

目前，20MVA以下的MSVC單位價(jià)格約為120元/kvar左右，而SVG的單位價(jià)格要比SVC高約20%左右。SVG目前在性價(jià)比方面較MSVC低，但隨著未來技術(shù)發(fā)展，電子功率器件的價(jià)格將會下降，因此 SVG價(jià)格的預(yù)計(jì)下降空間會比較大，而 MSVC價(jià)格的下降空間應(yīng)該不大。

3 結(jié)論

MSVC技術(shù)成熟，價(jià)格低廉，具有很好的經(jīng)濟(jì)性，因此應(yīng)用比較廣泛。SVG具有響應(yīng)速度快、補(bǔ)償范圍廣、諧波污染低等優(yōu)勢，技術(shù)先進(jìn)，是今后動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，過去對于業(yè)主來說，其技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格較高，投運(yùn)的較少，但隨著技術(shù)的發(fā)展以及研發(fā)廠家的增多，在近年來風(fēng)電場建設(shè)中采用SVG有增多的趨勢。

在風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置的選取中，應(yīng)該結(jié)合風(fēng)場的實(shí)際情況，在滿足風(fēng)電場并網(wǎng)無功補(bǔ)償要求的前提下，進(jìn)行全面經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后，選出最適合所建風(fēng)電場情況的無功補(bǔ)償設(shè)備并對補(bǔ)償方案進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到投資的最優(yōu)化。

[1]王玲. 基于 MCR的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的研究[D].廣東工業(yè)大學(xué): 2008:29.

[2]肖學(xué)文,文小玲.基于 Matlab的靜止無功發(fā)生器的控制方法研究及仿真[J].電工材料,2007(1):47-51.

[3]莊文柳,張秀娟,劉文華. 靜止無功發(fā)生器SVG原理及工程應(yīng)用的若干問題[J]. 華東電力,2009(8):1295-1299.

[4]李鑫. 基于SVG技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制研究[D]. 華北電力大學(xué)(河北): 2008:7.

[5]李春華. 磁控電抗器在變電站無功補(bǔ)償中的應(yīng)用[J].供用電,2008(3):41-43.

[6]陳強(qiáng),黎小彬. SVG無功補(bǔ)償與諧波治理裝置的工程應(yīng)用[J].福建電力與電工,2008(4):50-53.