摘要：随着大量的风力发电场接入电网，风电特性对电网质量的负面影响越来越严重。动态无功补偿装置在稳定并网点电压平衡，维持电力系统动态稳定，改善电能质量都起着重要作用。本文利用小容量SVG和低成本固定电容器投切（FC）组成大容量动态无功补偿装置，这样既可达到补偿效果，又降低了补偿装置的成本。
关键词：风力发电；SVG+FC；无功补偿
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2018）02-0059-03
Research on Reactive Power Compensation Technology in Wind Power Generation System
ZHAO Yaowu*， YE Fei， XU Hui， HU Changyou
（1. Anhui University of Technology， Maanshan， Anhui， 243000； 2. CHINA MCC17 GROUP CO.，LTD.， Anhui Maanshan， 243000， China）
Abstract：With the large number of wind farms connected to the grid， the negative impact of wind power characteristics on the quality of the power grid is becoming more and more serious. Dynamic reactive power compensation device plays an important role in stabilizing the voltage balance of the grid and maintaining the dynamic stability of the power system and improving the power quality. In this paper， small capacity SVG and low cost fixed capacitor switching （FC） to form a large capacity dynamic reactive power compensation device， which can achieve both the compensation effect， but also reduces the cost of compensation devices.
Keywords： Wind Power Generation； SVG + FC； Reactive Power Compensation
引用：趙耀武， 叶飞， 徐惠， 等. 风电场无功补偿技术应用研究[J]. 数码设计， 2018， 7（2）： 59-61.
Cite：ZHAO Yaowu， YE Fei， XU Hui， et al. Research on Reactive Power Compensation Technology in Wind Power Generation System[J]. Peak Data Science， 2018， 7（2）： 59-61.
引言
在新能源的开发和利用中，风能因其丰富的存储量、施工周期较短、利用率高等优点，已经成为世界各国争相发展的新目标。然而，风力发电受不稳定的风能影响，风电机输出的有功功率因风速的变化而变化，使得风电场在电力系统中成为一个不可控的电源，增加了风电场调峰与无功功率调节的难度，因而风电并网会给电力系统的安全和稳定运行带来重大的影响。
解决风电并网引起的电压稳定问题，一般需要在风电场中安装无功补偿设备。常用的无功补偿方法有并联电容器组、SVC和SVG。因单独使用具有各自的优缺点，本文提出了一种由小容量SVG和低成本的固定电容器投切（FC）组合成大容量的动态无功补偿装置，主要是克服SVC自身产生的谐波污染电网问题和减少补偿装置的成本。
1 SVG+FC动态无功补偿装置基本原理
SVG+FC动态无功补偿装置由小容量SVG和多组固定有级电容器（FC）共同组成。其中固定有级电容器实现大容量分级补偿，而SVG则是对固定有级电容器造成的过补或欠补进行差级连续补偿，如图1所示为补偿装置系统结构图。
SVG+FC无功补偿装置，对于谐波含量低的场合，一般需要给并联电容串联一个电抗率小的电抗器，电抗率一般选在0.1%～1%，主要是起限流作用。SVG的作用是对FC过补或欠补的差级无功进行连续补偿，两者配合工作，可以实现连续平滑的无功输出，并且具有响应速度快，自身产生的谐波含量低等优点。
2 风电场概况
本文以某风电场项目为研究对象，该风电场总共安装容量19.5MW，一线安装金凤750kW的风力发电机组12台，装机容量共9MW；二线安装金凤750kW的风力发电机组14台，装机容量共10.5MW。本标段包括750kW风机、箱变及吊装平台。
该风电场采用一机一变式接法（即一台风机装配一台箱变）。将风机出口电压经箱变从690V升至10kV，而后由集电线路连接至升压变。集电线路采用电缆敷设方式为主，26台风机均采用一机一变式接线，经箱变升至10kV，再由集电线路连接至升压变，最后升压至110kV与大电网相连。本文以一线装机容量为9MW的风电场为例，并在10kV该段母线上加装补偿装置，具体设计如图2所示，为某风电场一次系统示意图。
3 风电场无功补偿容量的估算
在风电场无功容量估算中，由于所加装的补偿装置在母线上，所以只需实现母线处（即装置并网点）无功平衡即可。风电场升压站是整个系统中的关键所在，无功补偿装置一般选择安装在升压站低压侧对风电场进行集中补偿，所以无功损耗主要体现在：变压器（箱式变压器、升压变压器）、集电线路（架空线路、地埋电缆）及风力发电机组等方面。
风电场配置金凤750kW风力发电机组26台，并配备两台额定容量大小为12.5MVA的升压变压器，该变压器空载电流为0.3%，短路阻抗为10.5%；每台风电机配备额定容量为800kVA的箱式变压器，空载电流为0.24%，短路阻抗为6.66%；集电线路两回，每回长度7km，总长度14km，采用电缆敷设方式，电缆根据负荷电流可以选择截面的铜芯电缆，该电缆的电抗X为0.125 /km，对地电容C为0.167uF/km。
本文以一线为研究对象，只计算一线损耗：
升变压器无功损耗：
由上可知，在风电场满发的情况下以上4部分所需的总无功损耗为：3.3155MVar。根据风电场无功估算容量和无功分配原则，可将SVG的补偿容量大小设置为450kVar，固定电容器的容量配置成3.15MVra，采用二进制分法，三组电容器容量分配为450kVar、900kVar及1800kVar。所以，SVG+FC的补偿范围在-0.45MVar（感性）至3.6MVar（容性）之间连续平滑调节。
4 SVG+FC总体控制策略
SVG+FC型动态无功补偿装置的控制目的是：实现并网点无功功率平衡和电压的稳定。该装置是利用固定有级电容器FC实现大容量分级补偿系统所需的无功，小容量SVG来补偿由于FC分级补偿过程中导致的过补或欠补的部分。总体的控制策略分为三个环节：无功分配环节、无功控制环节和执行环节。无功分配环节：通过检测当前电网参数，计算出系统中所需要补偿的无功容量，并给出FC和SVG合理的无功分配。无功控制环节：根据无功分配环节给出的FC和SVG分配容量，来分别产生各自的控制信号；执行环节：根据无功控制环节产生的各自控制信号去完成FC的分级投切补偿和SVG的连续补偿，总体控制框图如图3所示。
5 风电场仿真研究
5.1 风电场的描述
如图4所示，9MW风电场输出通过箱式变压器升压至10kV，经过25km输电线路，连接至升压变压器升压至110kV与大电网相连，无功补偿装置安装在升压变压器低压侧进行连续补偿。
5.2 风电场未加无功补偿装置
系统在2.62s时发生三相短路，暂态时间0.05s，仿真时间5s，观察10kV母线上电压的变化。如图5所示，为10kV母线电压。
由图5可以看出，系统在发生三相短路瞬间，系统电压暂降，降到大约0.2pu，此时母线需要从电网吸收大量无功来支撑母线电压，由于异步发电机从电网吸收的无功功率将远大于故障前的水平，机端电压并不能立马恢复，而只能维持在与该无功功率对应的某电压水平，且电压波动较大，这种情况会对系统的正常稳定运行造成影响，固须采取无功补偿措施。
5.3 风电场中加SVG+FC补偿装置
本文所加的补偿装置为小容量的SVG与固定有级电容器（FC）组成的大容量无功补偿装置。仍然是系统在2.62s发生发生三相短路，暂态时间0.05s，仿真时间5s，观察10kV母线上电压的的变化。
系统在发生三相短路瞬间，在升压变低压侧加装无功补偿装置由图7与图5对比可知，10kV母线电压由原来的0.2pu上升到0.6pu，故障前后风电场出口电压都接近于1.0pu，且母线电压波动小，很快使母线电压达到稳定值。说明加装的补偿装置能有效的补偿系统所需的无功，提高了电压的稳定性和风电场在暂态故障发生时低电压穿越能力。
5.4 补偿装置对并网点电能质量的影响
由图8可知，SVG+FC补偿装置输出谐波在国标限值内。这种混合式无功补偿不仅可以达到理想的补偿效果，又对电网的谐波污染小。
6 结束语
静止无功发生器（SVG）和固定电容器（FC）都是电力系统中比较常用的无功补偿装置。本文将两者结合运用在风电场中进行动态无功补偿，通过仿真结果可知SVG+FC这种混合式补偿装置不仅可以达到理想的的补偿效果，并且由于使用了低成本的FC大大降低了装置的成本，还降低了谐波对电网质量的影响，所以这种混合式补偿装置具有一定的实用价值。
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