信 珂 湯 偉 李鵬飛 張 斌

（山東電力工程咨詢(xún)?cè)?，?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(chǎng)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(guò)程，配置足夠的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量”。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在維持風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)中常用的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置有MSVC和SVG兩種。隨著我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，有必要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中常見(jiàn)的MSVC與SVG兩種典型動(dòng)態(tài)無(wú)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(chǎng)建設(shè)中對(duì)于動(dòng)態(tài)無(wú)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(chǎng)一期49.5MW工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)代力吉風(fēng)電場(chǎng)工程）采用的MSVC系統(tǒng)接線(xiàn)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(wú)功補(bǔ)償器（SVC），MCR型電壓動(dòng)態(tài)無(wú)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(wú)功補(bǔ)償裝置是通過(guò)改變電抗器控制回路線(xiàn)圈的直流電流來(lái)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(wú)功輸出的目的[1]。

圖1 代力吉風(fēng)電場(chǎng)MSVC接線(xiàn)圖

圖2為代力吉風(fēng)電場(chǎng)工程MCR的控制示意圖，控制器通過(guò)脈沖觸發(fā)器改變線(xiàn)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(chǎng)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(duì)應(yīng)的電流分別為MSVC提供的無(wú)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(xiàn)。

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(jiǎn)稱(chēng)萊州風(fēng)電場(chǎng)工程）采用的SVG系統(tǒng)接線(xiàn)圖如圖4所示。此工程的靜止無(wú)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(wú)功功率連續(xù)可調(diào)。

圖4 金城風(fēng)電場(chǎng)SVG接線(xiàn)

SVG（靜止無(wú)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(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備。根據(jù)其直流側(cè)儲(chǔ)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(lèi)型，兩種結(jié)構(gòu)分別采用電容和電感作為儲(chǔ)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(lèi)[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(guò)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(wú)功的大小及性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康腫3]。如圖5所示，控制裝置是通過(guò)MPU主控板來(lái)調(diào)節(jié)橋式電路的交流輸出的。

圖5 金城風(fēng)電場(chǎng)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(wú)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(chǎng)工程的SVG，就地裝置安裝一組電容器和一臺(tái)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(lái)的作用，而且由于變壓器漏抗的原因，取消了SVG支路專(zhuān)門(mén)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(guò)下面幾項(xiàng)主要指標(biāo)的對(duì)比得以直觀的體現(xiàn)。

2.1 無(wú)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(duì) 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(chǎng)工程的MSVC，戶(hù)外就地安裝兩組電容器和一組電抗器，占地面積約210m2，戶(hù)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(chǎng)工程的 SVG，戶(hù)外就地裝置安裝一組電容器和一臺(tái)連接變壓器，占地面積約145m2，戶(hù)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(hù)外設(shè)備占地面積比MSVC的要小，但在戶(hù)內(nèi)設(shè)備比MSVC多，需要在生產(chǎn)綜合樓專(zhuān)門(mén)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(chǎng)工程的SVG的響應(yīng)時(shí)間為5ms，遠(yuǎn)小于代力吉風(fēng)電場(chǎng)工程的MSVC的20ms～200ms。響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)是 MCR的一個(gè)主要缺點(diǎn)，這是由于磁控電抗器是通過(guò)調(diào)節(jié)直流控制電流來(lái)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(zhǎng)一些。

2.4 抑制諧波能力

磁控電抗器也會(huì)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(guò)采用繞組三角形接線(xiàn)的方式來(lái)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(lái)消除低次諧波，而且SVG可看作可控電流源，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流，也不會(huì)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(wèn)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(xiàn)方式，會(huì)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(wú)功補(bǔ)償裝置都不可避免地存在有功損耗，其長(zhǎng)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(chǎng)工程的 SVG損耗 0.8%，代力吉風(fēng)電場(chǎng)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(wàn)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?xún)r(jià)比方面較MSVC低，但隨著未來(lái)技術(shù)發(fā)展，電子功率器件的價(jià)格將會(huì)下降，因此 SVG價(jià)格的預(yù)計(jì)下降空間會(huì)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(shì)，技術(shù)先進(jìn)，是今后動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，過(guò)去對(duì)于業(yè)主來(lái)說(shuō)，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(lái)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中采用SVG有增多的趨勢(shì)。

在風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的選取中，應(yīng)該結(jié)合風(fēng)場(chǎng)的實(shí)際情況，在滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)無(wú)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(chǎng)情況的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備并對(duì)補(bǔ)償方案進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到投資的最優(yōu)化。

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