风电场无功补偿2012.12.30.docVIP

风电场集中无功补偿装置选择 [摘　要]　介绍和比选了主要的三种在风电场应用的无功补偿装置。 [关键词]　风电场，无功补偿装置，选择 0 引言　 风力发电场选用的风力发电机组大多具有无功功率控制能力,功率因数可控制在0.95以上。如果需要,可调节无功为容性无功,这种无功功率的控制能力使用户可以在功率系统中调节电压。因此单台机组无需无功补偿。 风电场的集中无功补偿应设置在风力发电场升压变电所主变低压母线上,以确保风电场升压变电所出口侧功率因数维持在1.0左右,利于电力系统稳定运行。风电场发电机组随风力变化出力变化较大,其集中无功补偿应采用动态无功补偿装置,才能满足出力变化系统稳定运行需求。 目前,市场上针对风力发电场的特殊需求,开发了多种形式的无功补偿装置,下面对三种主要无功补偿装置进行分析、比选。 1　TCR (晶闸管控制电抗器)型SVC TCR型SVC主要由控制柜、可控硅阀组、相控电抗器、电容器及滤波电抗器组成。工作原理为根据检测将补偿电容设计成滤波支路形式全部投入,控制器通过光缆传输信号控制晶闸管的导通角,从而控制电抗器电感无功输出量抵消过补的电容无功,以达到补偿目的。特点是反应迅速,能够达到对晶闸管的同时触发。能够分相调节,对于不对称负荷,利用steinmets理论实现分相调节,消除负序电流,平衡三相电网,节约能源,能平滑的控制无功负荷的允许波动,负荷稳定,可连续调整出力。不足是占地面积大,结构复杂,可控硅管对冷却要求严格、价格高,可控硅工作时本身要产生谐波,所以必须采取滤波措施,才能保证其可靠工作,即TCR和FC同时运行。可控硅管和电抗器处于同一相电压之下,电压高、功率大。同时对运行人员的技能要求高。 2　MCR (磁控电抗器)型SVC MCR型SVC采用直流助磁原理,利用附加直流励磁磁化铁心,改变铁心磁导率,实现电抗值的连续可调。相对于TCR型SVC,其可控硅元件的功率和工作电压仅为电抗器额定功率和电压的0.5%左右。与普通双绕组变压器相似,因此,不需专门的冷却水,占地少,可靠性高,波形失真小,损耗少,其谐波水平、有功损耗、占地面积都要小,无故障时间长,维护简单,不要专门的维护人员,价格便宜。但调节响应时间要长,且其设备噪音较大。 3　SVG SVG的基本原理是，将电压源型逆变器，经过电抗器并联在电网上。电压源型逆变器包含直流电容和逆变桥两个部分，其中逆变桥由可关断的半导体器件IGBT组成。 工作中，通过调节逆变桥中IGBT器件的开关，可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位，因此，整个装置相当于一个调相电源。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实事高高率因数运行。 上图为SVG原理图，将系统看作一个电压源，SVG可以看作一个可控电压源，连接电抗器或者可以等效成一个线形阻抗元件。表1给出了SVG三种运行模式的原理说明。 表1 SVG的三种运行模式 运行模式 波形和相量图 说 明 空载运行模式 UI = Us，IL = 0，SVG不吸发无功。 容性运行模式 UI Us，IL为超前的电流，其幅值可以通过调节UI来连续控制，从而连续调节SVG发出的无功。 感性运行模式 UI Us，IL为滞后的电流。此时SVG吸收的无功可以连续控制。 SVG可以补偿基波无功电流，也可同时对谐波电流进行补偿，在中低压动态无功补偿与谐波治理领域得到广泛应用。 4　无功补偿装置方案比选 SVG输出电流不依赖于电压，表现为恒流源特性，具有更宽的运行范围。而SVC本质是阻抗型补偿，输出电流和电压成线性关系。因此系统电压变低时，同容量SVG可以比SVC提供更大的补偿容量。 SVG比SVC具有更快的响应速度，因而更适合抑制电压闪变。SVG响应时间在10 ms以内，而SVC响应时间一般在20～40 ms。SVG从额定容性无功功率变为额定感性无功功率(或相反)可在1 ms之内完成，这种响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。 SVG的桥式电路采用多重化技术、多电平技术或PWM技术来消除次数较低的谐波，并使如7、11等较高次数谐波减小到可以接受的程度。而SVC本身要产生一定量的谐波，如TCR型的5、7次特征次谐波量比较大，占基波值的5%～8%；MCR型也产生3、5、7、11等次的高次谐波，这给SVC 系统的滤波器设计带来许多困难。 在故障条件下，SVG比SVC具有更好的控制稳定性。SVC使用了大量电容器电抗器，当外部系统容量与补偿装置的容量可比时，SVC会产生不稳定性。SVG对外部系统运行条件和结构变化不敏感。 SVG比同容量SVC占地面积小、成本低。SVG由于使用直流电容器储能，可以减小电容器体积，且不需要并联电抗器即可以控制无功功率平滑变化，因此安装尺寸大大减小。