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含风电场无功功率控制组合系统

AngelABayodJoséADomínguezJoaquínMurJulioJMelero

aabayod@posta.unizar.esjadona@posta.unizar.esjoako@posta.unizar.esmelero@posta.unizar.es

：风力发电机组设备的运行可能会影响所连网络的稳态电压。风电场造成的电压波动取决于电

性。本文提出了一种由电容、晶闸管控制电抗器（TCR）和小型有源滤波器（PWM-VSI）的组

合系统，其目的是调节风电场的无功功率，在很大程度上降低谐波电流。对电分析和滤波特性做出

了理论分析并且模拟了几种情况。

1．引言

风力发电已在一些国家的电力生产中起到（贡献）了重要的作用。在欧盟，2001年底风力发电

量超过17500兆瓦（2001年年增长率超过35％）；在西班牙，目前运行量超过了3600兆瓦，2001

年年增长率接近50%。理想情况下，连接到电力系统中的每个设备将只吸收有功功率，电压和电流

的波形为对称的正弦波。然而，大多数电气设备吸收电流失真并且/或者伴随非有源部件，这是由电

压和电流之间的相位和波形之差造成。基波无功功率通常在非常重要的地位上与高功率相关联并决

定了总线上的电压幅值，同时也影响了电网的稳定性和功率损耗。

特别是，风力涡轮机的安装操作可能会影响所连网络的稳态电压。由风力涡轮机产生的电压波

动的影响取决于电网的特性。电力系统中出现的电压调节问题是当下电网依赖于风电的结果，风电

对于功率平衡重变得更加重要的问题越来越受到关注。载流量分析必须采取措施来评估这种影响，

并确保风力涡轮机的操作不使电压的大小超出规定的限制。

到目前为止，风力发电还没有考虑设置电压保障。出于耐用性和成本效益，异步电机占风力发

电机的主导地位。然而，异步电机不能促进电网电压的频率调节，并且会大量吸收无功功率。理想

情况下，为了不降低电能质量需要接入非常坚强的电网之中。在弱电网中，因这种效果会使风力发

电兆瓦数受到限制。

电压控制问题由电网中无功功率的亏损造成，在一定程度上，它可以，并且的确通过安装固定

的机械投切并联电容器得到缓解。这并不会对风力发电化的输出造成的电压波动产生帮助。

此外，从哲学角度来看，在放送的市场中，所有的发电机应当是的，风力发电机必须

和其他发电机展现出同样的性能，或者作出规定使其具有可比性。

2．基波无功功率补偿

基波无功功率补偿可用于改善功率因数，减少损失，增加稳态传输功率、电压调整率（输电线

的中性点和/或末端），改进瞬时和动态稳定性（增加首次摆动的稳定裕度，并提供功率振荡阻尼）

[1]。系统电压通过注入或吸收无功来保持电网电压接近标称值。动态补偿可以减少风电场产生的电

压波动和闪变，无功功率管理有助于保持或恢复系统在电网故障情况下的动态电压稳定性、孤岛效

应导致突然产生的过电压、和无功功率损失累积造成潜在的电压[11,12]。

补偿器的无功输出功率（容性或感性）可变化以控制电压在传输网络中给定的端子，从而保持

在可能存在的系统干扰和突发所需的潮流。无功功率补偿的最佳位置不一定在风电场中。

注入无功功率最简单的法是使用固定的并联电容器，但显然如果无功功率须改变时会很

不方便。另法是控制连接的电容器数量，通过使用晶闸管电容器投切系统（TSC），并联电容

器通过开关或双向晶闸管阀连接或断开。阻尼器用于解调电路，以避免网络并联，每个电容器

导通半周期的整数倍，因此无功功率不是连续而是分布调节。此外，电容和电源系统之间的条

件可由多个电容值来创建。放大的幅度由谐振电路的品质因数给定，比如连接到该电路的电阻。一

些更微小调整可以用晶闸管控制电抗器来实现。