袁征

大唐青海能源開(kāi)發(fā)有限公司新能源分公司 青海西寧 810000

1 風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償選擇

1.1 機(jī)械型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

通常在供水、鐵路、礦山等工業(yè)領(lǐng)域，多使用機(jī)械投切電容器，或機(jī)械投切電抗器型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，而在風(fēng)電場(chǎng)中未能普遍應(yīng)用，主要因通過(guò)接觸器進(jìn)行開(kāi)關(guān)投切，在電弧作用下，開(kāi)關(guān)觸頭極易損壞，不能進(jìn)行重復(fù)投切，反饋速率慢，難以滿足風(fēng)電負(fù)荷波動(dòng)頻繁、無(wú)功補(bǔ)償相應(yīng)速度快要求。譬如，在部分風(fēng)電場(chǎng)中，采用自動(dòng)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，通過(guò)調(diào)借變壓器分接頭，實(shí)現(xiàn)無(wú)功容量調(diào)節(jié)，設(shè)置檔位較多，調(diào)節(jié)連續(xù)性較差，響應(yīng)速率緩慢，不能滿足無(wú)功補(bǔ)償當(dāng)前要求，被現(xiàn)代化風(fēng)電場(chǎng)淘汰。

1.2 SVC 補(bǔ)償裝置

SVC 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，主要以晶閘為開(kāi)關(guān)，利用其導(dǎo)通角對(duì)接入系統(tǒng)電抗器，及電容器容量控制將晶閘管為投切開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)頻繁投切目標(biāo)。SVC 類似于電納值，可對(duì)無(wú)功元件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以電力電子器件開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)，在無(wú)功補(bǔ)償時(shí)刻實(shí)現(xiàn)持續(xù)性，響應(yīng)速率快，可將維持端電壓處于恒定狀態(tài)，所以被多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)所使用。譬如，福建省安梅嶺風(fēng)電場(chǎng)采用此種無(wú)功補(bǔ)償裝置，取得較佳成效，但需注意換流元件關(guān)斷無(wú)法實(shí)現(xiàn)可控化，極易產(chǎn)生諧波電流，需配備相關(guān)濾波器將其諧波去除。此外，SVC 擁有良好的抗阻性，伴隨電壓降低，無(wú)功輸出與電壓成平方關(guān)系下降，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)調(diào)節(jié)未能處于最佳狀態(tài)。

1.3 SVG 補(bǔ)償裝置

立足于SVC 技術(shù)基礎(chǔ)上，隨著各類大功率全控型電子器件推廣及應(yīng)用，譬如GTO、IGBT、IGGT 等，新一代靜止無(wú)功發(fā)生器SVG 誕生。其裝置響應(yīng)速率快、吸收無(wú)功具有連續(xù)性、調(diào)節(jié)范圍廣、噪音小等優(yōu)勢(shì)，在電能質(zhì)量及無(wú)功補(bǔ)償層面具有顯著作用，為現(xiàn)代化無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理最佳裝置。

當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)基本以SVC 及SVG 無(wú)功補(bǔ)償裝置為主，SVC 主要通過(guò)容性元件電容器及感性元件電抗器，將電網(wǎng)功率因數(shù)變更，而SVG 通過(guò)自身產(chǎn)生無(wú)功電力，將電網(wǎng)功率因數(shù)改變，所以SVC僅為無(wú)功補(bǔ)償裝置，SVG 為無(wú)功發(fā)生器，其具體運(yùn)行模式如圖1：

SVG 具有較多優(yōu)勢(shì)，主要涉及以下幾方面：①實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)。SVG 核心原理將相橋式電路，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)中，直接將交流側(cè)輸出電壓進(jìn)行控制，便可使電路吸收或提供滿足系統(tǒng)要求的無(wú)功電路，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償目標(biāo)。②響應(yīng)速率快。通常該裝置一般響應(yīng)時(shí)間為40-60ms，對(duì)電壓閃變具有較佳抑制作用。③低電壓特性優(yōu)良。該裝置輸出電流，未依賴電壓，主要將恒流源特性展現(xiàn)，其本質(zhì)為阻抗性補(bǔ)償，輸出電流與系統(tǒng)電壓成線性關(guān)系。④諧波特性優(yōu)良。該裝置采用的逆變器，輸出電壓電平數(shù)增加，輸出波形具有較佳諧波頻譜，且各個(gè)開(kāi)關(guān)器件承受應(yīng)力較小，無(wú)需承受電路中的壓力，避免各類不良問(wèn)題產(chǎn)生。⑤占地面積小。電壓型的SVG 直流側(cè)，將直流電容為存能裝置，依靠逆變器電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)通斷，將直流側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。其電容僅作為電壓支撐，與SVC 電容容量相較，其容量較小，所以該裝置調(diào)節(jié)速率快、范圍廣、占地面積小[1]。

2 SVG+FC 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

2.1 基本原理

與SVC 相較，SVG 將動(dòng)態(tài)補(bǔ)償感性及容性無(wú)功功率有效結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)大范圍快速變化，同時(shí)具有一定復(fù)雜性，需投入較大成本。所以本文主要將SVG+FC 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行分析。FC 對(duì)浪涌具有抑制作用，SVG 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)補(bǔ)償FC 欠補(bǔ)、過(guò)補(bǔ)的差級(jí)無(wú)功，將兩者有效配合，可確保無(wú)功輸出具有平滑性、連續(xù)性，同時(shí)保證響應(yīng)速率。此外，此種方式產(chǎn)生諧波較小。FC 組成構(gòu)件較多，主要涉及投切開(kāi)關(guān)、串聯(lián)電抗器、并聯(lián)電容器、放電線圈等，以星型接法為主。具體應(yīng)用中，首先需通過(guò)控制系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)中電流參數(shù)、電壓等進(jìn)行檢測(cè)，獲取相關(guān)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；其次，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，主要包含有功及無(wú)功參數(shù)；最后，需根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)將控制信號(hào)發(fā)出，傳輸至接觸器，實(shí)現(xiàn)各相電容器控制目標(biāo)，在電流、電壓過(guò)零點(diǎn)條件下，實(shí)施切除操作[2]。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）總體控制。風(fēng)電場(chǎng)中通過(guò)應(yīng)用SVG+FC 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，主要將電壓穩(wěn)定性予以保證，且網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功功率處于平衡，其總體控制如圖2 所示。

根據(jù)圖二可知，主要將控制策略分為三個(gè)時(shí)期，即為無(wú)功分配、無(wú)功控制、執(zhí)行工作。其中無(wú)功分配，需將風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)參數(shù)予以檢測(cè)，對(duì)補(bǔ)償無(wú)功容量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，使SVG 及FC 無(wú)功得以科學(xué)配置；無(wú)功控制需根據(jù)分配容量實(shí)際狀況，生成控制信號(hào)；執(zhí)行工作需根據(jù)控制信號(hào)，將SVG 及FC 相關(guān)補(bǔ)償工作實(shí)現(xiàn)。

（2）參數(shù)設(shè)計(jì)。以某風(fēng)電場(chǎng)為例，其擁有19．5MW 安裝容量，分別安設(shè)一級(jí)、二級(jí)風(fēng)力發(fā)電組，其數(shù)量分別為12 及14 臺(tái)，風(fēng)電場(chǎng)主要接法為一機(jī)一變，將9MW 裝機(jī)容量進(jìn)行實(shí)際分析，對(duì)升壓變壓器、箱式變壓器、風(fēng)力發(fā)電組無(wú)功損耗、電路損耗進(jìn)行分析，可完成參數(shù)設(shè)計(jì)，在該項(xiàng)目參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)程中，其交流側(cè)輸出電壓為690V，額定容量為450kVA，針對(duì)主電路，設(shè)有一相IGBT4 個(gè)，將其進(jìn)行并聯(lián)，具有良好的均流成效，通過(guò)此種參數(shù)設(shè)計(jì)，該風(fēng)電場(chǎng)取得較佳成效。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償裝置，在風(fēng)電場(chǎng)中具有推廣及應(yīng)用價(jià)值，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際所需，合理選取相關(guān)無(wú)功補(bǔ)償器裝置，同時(shí)在具體應(yīng)用進(jìn)程中，將系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)工作做好，選取SVG+FC 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，為風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行做以保障。