风电场无功补偿研究

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1、风电场无功补偿研究概述-AX.—1—刖吞近年来，随着能源危机的日益加剧以及人类环保意识的逐渐增强，新能源的开发利用势在必行，作为可再生的绿色能源，风力发电逐渐显示出光明的应用前景，在电力系统屮发挥着越来越重要的作用。风力发电具有环境友好、可靠性高、成本低的特点，是目前世界上可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一。近年來，我国风力发电也得到了很大发展，政府对风力发电日益重视，风力发电场装机容量不断增加。据初步分析，我国约有20%左右的国土面积具有比较丰富的风能资

2、源，陆地可开发风电装机容量约2.5亿kW,而海上风电的可开发装机容量在7.5亿kW左右，总共町开发装机容量约10亿kW。国家发展和改革委员会初步规划，到2020年力争使风电装机容量达到30GW,同时使中国的风电设计、制造和管理技术达到国际先进水平。但是风能是一种间歇性的能源，受环境影响较人，不能提供持续可靠的电能,而且我国适合开发风电的地区一般都处于电网末端，电网架构比较薄弱，风电的并入会对屯网产生重要影响，其中最突出的问题就是风电场的并网引起系统无功的变化，进而影响系统屯压，英至可能导致电压崩

3、溃叫因此冇必要研究风力发电场接入电网后对电网电压的影响，并给出合理的无功优化补偿方案，保证电压稳定、改善电能质量，提高电网对风电的吸纳能力。1风电场的无功损耗来源及特点风电机组主要冇同定转速和变速两种形式。固定转速风电机组一般采用异步发电机，发出有功功率的同时吸收无功功率。变速风电机组多为双馈式风机，本身有一定的无功调节能力，但当风电场岀力较大时，线路上也消耗一定数量的无功功率，仍需耍从电网吸收无功。此外风电场的变压器和集电线路上的无功损耗和接入电网时输电线路上的充电功率也需要考虑。特点：随机性

4、强、变化频率高、波动范围大、变化速度快是风电场无功波动的特点。2常用无功补偿方法及原理风电场常用无功补偿方式有：1、电容器等容分组自动补偿工作原理：和感负荷并联在同一电容器上，能量在两种负荷间相互转换从而达到补偿效果。2、STATCOM动态无功补偿「.作原理：变^(VoltageSourcedConverter,简称VSC),经过电抗器或者变压器并联在电网上，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速动态调节无功的口的。3、SVC动态无功补偿工作原理：相

5、控电抗器连接的反并联品体管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效电纳的大小，从而输出连续可变的无功功率。4、调容无功补偿工作原理：容器端电压方式，来调节电容器无功岀力满足系统无功需要，达到稳定电压的目的。3各种补偿方法的比较文献［2］对以上各种无功补偿方式进行了比较分析，电力电容器补偿方法实现简便，成本低，易维护，但对风电场电压不能很好的跟随，对分组合投切开关的性能要求高，实际使用较少。STATECOM动态无功补偿响应速度快，补偿精确，可实现实时响应，输出电流谐波含量小，不许外加滤波器以避免系统谐振并

6、且STATECOM无功电流与节点电压大小无关，低压特性好。SVC无功补偿也具有快速性、实时性和准确性，而且在理论计算和实际的应用屮较为理想，补偿效果好，但其输出谐波较大、基波损耗高、占地面积广、成本高。调压调容无功补偿分档投切级数多，调压范围大，并且为在线式，投切档位调节时无投切涌浪冲击，性价比较高，在风力发电场使用较多。4国内外研究动态4.1单一补偿方法4.1.1电容器补偿对于电容器的补偿文献［3・4］采用在异步发电机机端并联电容器的方法来补偿发电机吸收的无功，并给岀了具体计算方法，但没有充分

7、考虑风场内部损耗情况。文献［5］也对机端无功补偿进行了研究，考虑了风场内部变压器和线路损耗,对风电场发电机出口并联电容的补偿情况进行了定性分析及比较，但只在机端进行补偿难以满足要求。文献［6］采用在风电场升压变低压侧接入一定容量的电容器集屮补偿，当风电场冇功输出超过某一定值时投入该电容器，但该方法过于粗略，难以保证不同风速条件下电网对风电场的功率因数的要求，也无法实现冇效跟踪风机出力以满足风电机组的功率因数要求的口的。文献［7・9］考虑了风速和负荷变化对风电场输出冇功功率和无功功率的影响，应用人

8、工智能等算法确定风电场并网点处无功补偿电容器的分组和控制方法。该方法计算量少，无功补偿的总容量和分组容量计算准确，在求得的无功补偿值下，可使风电场母线电压在允许范围内，保证风电场正常运行，并冃电容器动作次数最少。4.1.2调压调容无功补偿文献［10］小介绍的调压型无功自动补偿製置，电容器不是固定的分组，通过调节其端电压改变无功输出，分档投切级数多，目前普遍采用9级，调压范围为60%〜100%,功率因数调整在0.95〜0.98Z间，并且为在线式，投切档位调整时无投切浪涌冲击，性价比较高，口前在风力