SVG无功补偿系统在风电场的应用

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【摘要】风能是一种清洁能源，但电能质量及安全稳定性不是很理想。为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题，各个风电场都采取了各种方式来提高风电场并网运行稳定性，svg是目前最先进的无功补偿技术，它在风电场的应用，极大地提高了风电场的运行稳定性

【关键词】风力发电SVG无功补偿

一、风电场运行中存在的风险

风资源的不确定性和风力发电机本身的运行特性，使风力发电机组的输出功率是波动的，导致并网功率因数不合格，电压偏差，电压波动和闪变等问题。对于大容量风电场接入系统还存在稳定性问题，都需要无功补偿系统。另一方面，系统电压的波动也会对风机的正常运行造成影响，这就要求无功补偿装置必须使风电场接入系统的功率因数合格，并能仰止电压波动，闪变，以及相电压不平衡，等要求。还要求降低系统扰动对风机的影响，加强系统电压的稳定性。

二、风力发电场无功消耗分析

风力发电场无功消耗主要有以下几个方面：

1.风力发电机组的无功消耗，不同机型，不同的机组内无功配置，无功消耗也不同。

2.与风力发电机配套的箱式变压器的无功消耗，一般消耗无功的比例为箱变容量2%-4%体与箱变的短路阻抗有关。

3.风力发电机组配电线路的无功消耗，电缆线路还是架空线路也不同，一般而言：电缆产生无功，架空线路消耗无功。

4.风力发电场升压主变的无功消耗。一般消耗无功比例为变压器容量的3%左右。

变压器的无功消耗和有功损耗一样，也由铁损和铜损组成。变压器的无功消耗可由下式求得：

三、SVG的工作原理

SVG（Static Var Generator），即高压静止无功发生器，又称作高级静止无功补偿器ASVC(Advanced Static Var Compensator)或静止补偿器STATCOM（Static Compensator）,就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。SVG 是迄今为止性能最优越的静止无功补偿设备。SVG 高压静止无功发生器工作时通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成与交流侧电网同频率的输出电压，类似一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波频率时，SVG可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上，无功的性质和大小靠调节电流来实现。

SVG 的工作原理可以用下图所示的单相等效电路图与电流超前和滞后

工作的相量图来说明。

图1 SVG效电路及工作原理（未计及损耗）

连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗（如管压降、线路电阻等），并将总

的损耗集中作为连接电抗器的电阻考虑，则SVG 的实际等效电路图与其电流超

前和滞后工作的相量图如下图所示。

a）单相等效电路 b）相量图

图2 SVG 等效电路及工作原理（计及损耗）

SVG 的运行模式及其补偿特性说明

运行模式 波形和相位图 说明

空载运行模式 当UI=US时，SVG 不进行补偿

感性运行模式当UI

容性运行模式当UI>US时，SVG 等效为连续可调的电容

FC实际为固定的电容器，此处不赘说。

由于风力发电机对电压的降低反应比较敏感，也是为了系统电压降低时有够的容性无功输出，所以风电场使SVG和电容式FC装置配合使用。

四、以张家口中宝风电场为例，说明具体应用

无功补偿设备采用SVG+FC型动态无功补偿装置，SVG最大无功补偿容量为：-6.9―+6.9Mvar,FC容量为7.2Mvar，总补偿范围为-1―+12.8Mvar

Us采样取110千伏母线电压，设定Us=112KV 为标准电压

平时状态：SVG启动 FC停运

在SVG启动 FC停运状态下 110KV母线当电压低于107KV时 启动FC 可使电压大约升高到110KV。

当SVG启动 FC也启动时电压如持续回落到107KV下 值长联系外网调度 请求外网补偿电压 使其升高

当SVG启动 FC也启动时电压如持续上升到118KV上 停运FC 可使电压大约降低到115KV

在SVG启动 FC停运状态下 110KV母线当电压高于118KV 时，值长联系外网调度 请求外网降低电压

注：此Us电压值为三相母线电压的平均值。由于SVG可以三相独立控制，因此可以在程序控制下解决三相不平衡问题。

五、设备能耗及运行费用

SVG设备本身的拓扑结构和高压变频器结构类似，电压源型逆变器的损耗一般很小，SVG由多个逆变器串联或并联组成，逆变损耗一般不超过实际容量的0.5%，中宝风电场大约为0.25%。而与SVG配合的升压变压器由于其自身特点，兼顾滤除电力半导体器件产生高次谐波的工作，因此能耗大约为实际容量的1%。

FC无功补偿设备损耗可忽略不记。

因此SVG+FC无功补偿系统大约为实际容量的1.25%

（风电场上网电费按照0.5元每度计算，按每年运行360天 以50MW的风场为例，无功补偿按实际平均5.6Mvar,每小时能耗70KW 每年消耗60万Kwh 每年直接运行费用大约30万元

六、结束语

SVG型无功补偿设备可有效的提高电网电压质量，降低线损。随着对风电场越来越高的电压和无功功率调节要求，SVG无功补偿在提高电网稳定方面，有着广阔的发展前景。在实际应用中，在满足系统电压无功要求的前提下，一定要结合实际情况统筹考虑、因地制宜，对补偿各方案进行优化并总结出最适合风电场要求的无功补偿方式来。

【参考文献】

荣信RSVG系列链式高压静止无功发生器 用户手册

陈伯超，新型可控饱和电抗器理论及应用武汉水利电力大学出版社 1999

菀舜，韩水，配电网无功优化及无功补偿装置 北京电力出版社 2003.8

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。