风电场电气一次部分的无功补偿技术的问题研究

张燕好 江苏鹏创电力设计有限公司

引言

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。

1.风电场工程电气一次部分设计

在电气以及变电工程中电气设计占据着极其重要的地位，其主要内容有电气主线设计、电气设备的选择和搭配、短路电流计算、继电保护、电气接地设计等几个主要的内容。由于风力发电机的核心发电不见是风力发电机，其电气设计的重点就是围绕风力发电机展开。其中电气主线设计是首要同时也是主要的部分，主要内容有风机组侧接线设计和升压站内电气主接线设计。变压器和箱式变压器的选择要注意，当风电场发电时潮流从风电场到电网，反之，潮流也相反，通常电压波动较大，需要结合实际情况进行分析选择合适的变压器。主设备和导线的选择必须注意安全性，要保证系统的安全和稳定运行。电视设备的布置要遵循用地少、操作和运行简便、后期维修和安装、节约资源的原则。

2.风电场中风机类型

在风电场中，风机被分为三种类型，分别是直驱式的同步风电机组、双馈式的异步风电机组以及和失速式的异步风电机组。（1）异步风电机组（失速式），这种类型的风电机在早期应用比较广泛，它具有成本低、结构简单、小容量等的特点，这种风电机采用的是双速异步电机，可以不受时间限制的从电网吸收无功，因此针对这种类型的风电机补偿较大的无功功率是迫切需要的；（2）异步风电机组（双馈式），该类型的风电机无论从建设方面还是维护方面成本都非常高，双馈式的异步风电机组通常采用的是绕线式异步电机，通过交直交变频器可以连接电机转子与电网，从而达到向电网吸收与发送无功功率的目的，同时还可以控制一定容量的无功功率，因此，采用这种类型的风电机组的风电场，只需要补偿一定量的无功率即可，也不会有谐波产生；（3）同步风电机组（直驱式），这种类型的风电机组最常用的电机是永磁式的电机，通过主轴可以将风机叶轮和发电机连接起来，可以最大程度的利用风能，然而这种风机也相应的需要花费较高的成本。永磁式的电机建立磁场是不需要向电网吸收无功功率的，所以采用这类型电机的风电场，补偿少量的无功率也不会有谐波产生。在风电场中，无功需求通常是：风电场输送出的功率大小常常会受到风速的影响，即小风甚至无风时环境时，风电场输出的功率就会变小，此时的风电场需要的激磁功率比较小，相反线路以及电缆需要较大的充电功率，所以要想达到系统对功率因数的要求，通过补充少量的无功率即可满足。风机在正常运行时，机组不同对无功率的调节也是不相同的，因为风电场中的变压器等这些感性设备需要的无功率比较大，所以为了维持系统的电压和功率因数的正常状态，需要补充大量的无功率即可实现。异步风电机组（双馈式）可以对系统自身的运行状态进行调节，所以可以起到无功调节的作用。因此这种类型的风电机组可以为风电场补充无功率，当风电机组的调节功能不能协助建立磁场时，只能说明一种现象就是有大量的风电场一起切入了电网，风电场系统中，风电机的种类，电压的等级，线路长度以及风电场的短路容量均受限于风电场的无功补偿容量。

3.风电场电气一次部分的无功补偿技术

3.1 同步调相机

电力系统的主要负载是变压器设备、同步调相机和异步电动机，也是吸收无功功率的主要设备。同步调相机处于工作状态的时候，同步电机过励磁可以吸收超前电流，提高电能质量。由于该设备工作所需的功率较大，后期的维护成本也比较高。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 固定投切电容器

电力电容器最大的特点就是结构简单，运行稳定可靠。主要是通过机械设备的投切以及分接头转换的方式设计来稳定电压的，并在风电场出口出并联多个补偿电容器用来补偿异步发电机的功率。但是随着风里发电规模的不断扩大，机械投切逐渐的显示出其调节速度慢的特点，甚至会出现失灵的现象。

4 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。