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电并网电力系统无功补偿动态性能研究 　　摘要：随着社会的发展与进步，重视电并网电力系统无功补偿动态性能研究对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍电并网电力系统无功补偿动态性能研究的有关内容。 　　关键词电力系统；无功补偿；动态；性能；建模； 　　中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号： 　　引言 　　风力发电是 21 世纪重要的绿色能源，也是化石能源的重要替代能源之一。随着我国政府对开发利用可再生能源的高度重视及《可再生能源法》的颁布实施，风力发电作为技术最成熟、最具规模化开发和商业化发展的新能源发电方式之一，其发展速度居于各种可再生能源之首，我国风资源丰富地区的风电场建设也得到了快速发展。但是，我国大部分风电开发地区的电网结构相对薄弱，建设或规划中的风电场大都位于电网薄弱地区或者末端，大规模风电的接入对电网的电压、稳定性、电能质量及运行调度带来巨大的影响，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，进而影响系统电压，甚至可能导致电压崩溃。因此，为了改善系统和风电场的电压水平，我们必须对风电场进行无功补偿。 　　一、用于风电场的无功补偿设备及其建模 　　下面，对目前风电场应用中几种常见的无功补偿装置作简要的说明: 　　1.1 静止无功补偿器( SVC) 　　SVC 将电力电子元件引入传统的静止无功补偿装置． 从而实现了快速、连续平滑地调节无功补偿，并能维持电压恒定。SVC 是以晶闸管控制电抗器( TCR) 、晶闸管投切电容器( TSC) 以及二者的混合装置等主要形式组成。 　　1.1.1 磁控电抗器( MCR) 　　MCR 装置是基于偏磁可调原理，通过调节附加线圈上的晶闸管导通角来控制附加直流励磁电流，随着励磁电流的改变而改变铁心的饱和程度，进而改变了铁心磁导率，以实现电感值的连续可调。MCR 装置采用附加线圈上的直流励磁电流实现了感性无功功率快速、平滑的调节，既可以实现对系统的谐波治理，同时还可以动态调节系统所需的无功功率，其工作原理图如图 1 所示。此外，MCR 装置也可以与 FC 支路组成动态无功补偿装置，且对系统不会造成谐波污染，因此在实际中可以得到广泛的应用。 　　 　　 　　1.1.2 晶闸管控制电抗器( TCR) 　　TCR 利用移相触发方式通过调节装置内对应相晶闸管的触发角，来控制流经电抗器的电流波形，可以等效为 1 个连续可调的电抗器，从而达到连续控制补偿装置的感性无功功率的目的，通常把这类技术称为相控技术。在风电场中，带有FC 的 TCR 型 SVC 应用越来越广泛，其通过控制每个周波内电感 L 接入系统时间的长短，从而使TCR 的视在电抗可控。其电路如图 2 所示。 　　 　　 　　TCR 的等效电纳、瞬时电流和从系统中的吸收如下: 　　 　　 　　式( 1) 中，α 为触发角; ω 为电源额定角速度，rad / s; XR为 TCR 中电抗器阻抗。 　　1.1.3 晶闸管投切电容器 　　可控硅投切电容补偿器的基本元件是一个与双向可控硅对和一个小电抗器串联的电容器。电抗器的作用是限制投切过渡过程以缓冲瞬态冲击电流，并且形成对来自电力系统或并列 SVC( 如 TCR) 谐波的滤波器作用。在三相系统应用中，基本元件接成三角形。其原理图如图 3 所示。 　　 　　 　　TSC 所补偿的无功是固定的。电容在接通期间向系统注入的无功功率为: 　　 　　 　　1.2 静止无功发生器( SVG) 　　SVG 的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现无功补偿的目的。其电路基本拓扑结构如图 4 所示。 　　 　　 　　为计算方便，在工程应用中，我们将其等效简化为图 5。 　　 　　 　　二、风电场建模 　　2.1 风电场模型 　　并网型风力发电系统的结构如图 6 所示，它主要由风力机、传动箱、异步发电机、控制系统和机端并联电容等构成，其中，风力机将风能转换成机械能，发电机将机械能转换成电能。 　　 　　 　　2.2风速建模 　　本文采用的是 4 种风速模型( 即基本风、渐变风、阵风和噪声风) 的组合，既能反应自然风况特征，又适合工程模拟。 　　2.2.1 基本风 　　可以由风电场测风数据获得的威布尔分布参数( Weibull) 近似确定，即: 　　 　　 　　式( 2) 中，A 和 K 是威布尔分布的尺度参数和形状参数，τ［1 +1/K］表示伽马函数。 　　2.2.2 随机风 　　风速的随机性一般用随机噪声来模拟: 　　 　　 　　式( 3) 中，ωi=