风电场电气一次部分的无功补偿技术

风电场电气一次部分的无功补偿技术

王俊浩

内蒙古龙源蒙东新能源有限公司  内蒙古自治区 呼伦贝尔  021400

摘要：风能是重要的清洁能源，属于可持续利用能源，但是风力发电过程中存在间接性以及不稳定性，尤其是风电场并网的时候很有可能出现突发状况，导致电能质量下降。因此，在风力发电过程中，必须要加强对风电场无功补偿技术的应用。风电场无功补偿技术是目前风电场生产运行过程中的重要技术，可以对风电场的电压波动现象进行改善，同时，还能提高风电场的母线电压、发电机的稳定性，为风电场并网提供坚实基础。

关键词：风电场；风力发电；电气一次部分

一、风电场无功电压自动控制系统设计

1.1无功补偿技术的类型

1.1.1同步调相机

由于变压器和异步电动机是主要的电力系统负载，因此这些设备也是最主要的无功功率的吸收部分，而同步调相机就是利用同步电机在过励磁状态时对超前电流的吸收来改善电网质量的。但是由于机械类设备因此需要的功率较大，而且转速后期维护费用较高。

1.1.2固定投切电容器

电力电容器结构简单、运行可靠，也是电力系统中的重要组成部分，通过机械设备的投切、分接头转换可以稳定电压。随着风力发电技术的不断应用，风力发电厂越来越多，发电规模也越来越大，生产耗能升高，机械投切的弊端也开始逐渐显现出来，即调节速度变慢，甚至还可能出现调节失灵。

1.1.3静止无功补偿

静止无功补偿简称SVC，是目前应用较为广泛的技术。可以实现无功功率的连续控制，能够通过发出或者吸收无功功率来实现动态补偿，目前已经在石油化工、冶金、风电等得到了广泛的应用，有着很大的技术发展潜力。SVC控制系统最大的特点是利用的瞬时无功理论的算法，快速的实现了无功补偿的计算，让后将脉冲形成电路的触发脉冲经过电光转换传递到脉冲功率单元，通过调节晶夹管导通角的大小来实现无功输出容量的控制，可靠性以及抗干扰性非常强。

1.1.4静止同步补偿器

静止同步补偿器技术的基本原理是将补偿装置并联到电网中，可以理解为在电路中绑定一个根据电网的负荷情况来控制电流大小的无功电源，从而对电气系统的无功补偿进行自动控制。静止同步补偿技术的安全性和稳定性较高，而且还能实现连续和动态控制。

1.2无功电压自动控制系统

由于风电场的情况比较特殊，在无功补偿系统设计过程中，需要配置一套完整的远程控制设备，实现对电气系统的远程动态无功补偿控制。由于在系统中加载的很多异步风力发电机属于感应型设备，本身就需要无功补偿，所以在无功电压控制系统设计过程中，一般都采用自动控制模式，无功电压自动控制系统是确保电网减少无功损耗的重要装置。无功电压自动控制系统分为上层与下层。上层是系统控制层，这一层是综合调度系统，其作用是对风力发电厂的电压和无功功率进行协调与控制，这一层的设备主要是主机、事件打印机、工程师工作站等，不同的设备之间进行连接时采用以太网，可以在设备之间传输数据信息。为了提高系统的稳定性和可靠性，可以在主机上采用双机冗余装置方式。下层设备控制层与系统之间的连接也是通过以太网实现的，下层设备控制层的作用主要有两个方面，第一，风机侧的就地无功动态补偿控制，第二，变电站集中电压无功控制。下层设备控制层主要对风力发电机组电压、无功功率以、功率因素等参数进行控制，通过相应的计算，可以计算出无功补偿的容量、方式等，从而改善电压质量，保持电压稳定，降低电网损耗。

1.3无功电压自动控制原理分析

通过调节动态电压调节器就可实现对系统中的电容器、电抗器的控制，让这两个设备的输出电压得到控制，对系统的无功功率进行调节。在这个系统中，电压补偿装置没有固定的接入到某个分组中，所以很大程度地降低了系统的损耗，稳定电压效果较好。系统实现动态无功补偿的基本原理是通过晶夹管投切电容组来实现的，投切电容器组可以实现无涌流、电弧重燃、暂态冲击等现象，而且响应的时间较短，可根据配电系统的电荷变化，实现对动态投切电容器组的自动调节，实现稳定电压的目的，改善系统功率因数。

1.4无功电压自动控制的系统参数

（1）控制目标、控制时间。风电场的电气一次无功补偿技术是为了对系统的无功损耗进行控制，确保机组的电压输出达到电网的要求，根据生产经验可知，一般都可以将无功功率的因数控制在0.95～0.95之间，将电压的调节范围控制为3%～7%左右，就地无功功率的控制响应时间不超过20ms，变压器中的无功功率控制响应时间不超过4ms。

（2）运行环境和网络技术参数。无功电压控制系统的运行稳定性和安全性与外界环境有关，外界环境的温度最好控制在-45℃～+45℃之间，环境湿度控制在70%以下，环境的污秽等级必须保持在III级以下。由于系统的网络数据传输采用星状网络拓扑结构，传输速率必须要保证在100M及以上。

（3）系统运行保护的技术规范。风电场的无功补偿系统运行过程中必须要具备自动控制功能，当系统出现电压过压、欠压等现象的时候，能够自动切断电容器；当电网缺相、零序超限的时候，可自动切除电容器；重新上电的时候要进行自检、复位，保持上电时回路处于断开的状态。

二、风电场电气工程无功电压自控控制系统的应用要点

2.1设计无功电压自动控制系统

想要达到对远方风电场动态无功补偿的有效控制，就要在设计无功电压自动控制系统时引入远程控制的一系列设备，由于一些感性型异步风力发电过程自身涉及无功补偿需求，因此在保证无功电压自动控制技术发挥出谐波分析、电压分析、电网无功的作用时，要合理进行科学配置。具体操作中，综合调度系统处于无功电压自动控制系统上层，功能作用体现在对风电场无功功率与电压进行控制、协调，此系统由打印机、工程师工作站、主机等设备组成，数据的传输和共享通过以太网实现，一般情况下，采取双机冗余装置处理主机，能够进一步增强系统稳定性以及可靠性。

2.2无功电压自控控制的基本应用原理

风电场电气系统对动态电压调节器的控制，达到有效控制电抗器、电容器目的，进而控制电抗器、电容器的电压输出，调节系统内产生的无功功率。电压补偿装置在系统中并未在某个分组内固定接入，因此显著减少了系统整体损耗，可更好稳定电压。以晶夹管投切电容组达到动态无功补偿效果，暂态冲击、电弧重燃、无涌液等现象均可以借助投切电容器组达到良好控制效果，仅需要较短的响应时间，便能够结合配电系统发生的电荷变化情况，对无功电压自控控制系统内的功率因数进行充分改善。

三、结语

随着风力发电技术的不断发展应用，当前风力发电已经成为电力行业中的主要形式。在风力发电过程中必须要做好无功补偿，尽量减少无功功率，提高风力发电效率。风电场无功电压控制系统主要体现在两个方面，一个是集中无功电压，一个是就地无功电压，通过相应的技术，对电压控制系统进行设计，可以实现无功补偿目的，是风力发电未来发展的主要方向。

参考文献：

[1]电气自动化控制中无功补偿技术的应用[J].方爱秋.自动化应用.2021(10)

[2]电力自动化中的智能无功补偿技术的应用[J].陈红刚,吴南群,潘忠潮.集成电路应用.2021(01)

[3]电力自动化中智能无功补偿技术的应用[J].黄大立.新型工业化.2020(11)

[4]一例无功补偿技术改造的成功实例[J].李建军,龚炳林.农村电工.2021(12)