淺談靜止無功補償裝置（SVG）在風電場的應用

【摘 要】針對風電場的特點，淺談靜止無功補償裝置（SVG）在風電場的應用。

【關鍵詞】風電場；無功功率；諧波

風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性使風電機組的輸出功率是波動的，導致并網(wǎng)功率因數(shù)不合格、電壓偏差、電壓波動和閃變等問題，對于大容量風電場接入系統(tǒng)時還存在穩(wěn)定性問題，都需要動態(tài)無功補償系統(tǒng)。另一方面，系統(tǒng)電壓的波動也會對風機的正常運行造成影響。

一、無功與諧波問題

（1）無功問題。在工業(yè)和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒光燈都是阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線也消耗一些無功功率。除此之外，一些電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率，特別是各種相控裝置、如相控整流器等，在工作時基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無功功率。（2）諧波問題。引起電力系統(tǒng)諧波的主要諧波源有鐵磁設備、電弧設備以及電力電子設備。其中鐵磁設備諧波源包括變壓器和旋轉(zhuǎn)電機等，電弧設備諧波源包括電弧爐、電弧焊和放電型照明設備（熒光燈）等，這兩種諧波源的非線性是由鐵芯飽和及電弧的物理特性導致，都是無源型諧波源；電力電子設備諧波源主要包括家用電器及計算機等的電源、交直流調(diào)速電機、直流開關電源、充電器及其他整流/逆變設備，其非線性是由電力半導體器件的開關過程導致的，屬于有源型。隨著電力電子裝置應用的日益增多和容量的不斷增大，這部分電力電子設備所產(chǎn)生的諧波所占比重也越來越大，目前已成為電力系統(tǒng)的主要諧波污染源。

二、靜止無功補償裝置（SVG）的功能與特點

SVG 的主要功能如下：（1）提高線路輸電穩(wěn)定性；（2）維持受電端電壓，加強系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；（3）補償系統(tǒng)無功功率，提高功率因數(shù)；（4）諧波動態(tài)補償，改善電能質(zhì)量；（5）抑制電壓波動和閃變；（6）抑制三相不平衡。SVG 是基于電壓源型變流器的補償裝置，實現(xiàn)了無功補償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關實現(xiàn)無功能量的變換。SVG較傳統(tǒng)的無功補償裝置有如下特點：（1）響應速度更快，最快可達5ms；（2）電壓閃變抑制能力更強，大于80%；（3）運行范圍更寬，-100%至+100%；（4）補償功能多樣化，無功補償、諧波補償、負序補償、綜合補償；（5）諧波含量極低，幾乎無諧波，還能濾波；（6）占地面積小，現(xiàn)場施工量小。

三、靜止無功補償裝置（SVG）安裝要求及安裝環(huán)境

（1）安裝環(huán)境。為了使SVG高壓靜止無功發(fā)生器能夠長期穩(wěn)定、可靠的運行，對高壓靜止無功發(fā)生器的安裝使用環(huán)境作如下要求：設備應安裝于無腐蝕性氣體、易燃性氣體、導電粉塵，無滴水、鹽份、油煙和粉塵的環(huán)境中，在室內(nèi)使用。運行環(huán)境溫度應在0℃～+40℃的范圍內(nèi)，如環(huán)境溫度超過允許值，應安裝安全可靠的通風散熱裝置。設備現(xiàn)場應具備防止蛇、鼠等小動物侵入的防護措施，要嚴格避免因此類動物侵入造成系統(tǒng)接地短路而形成的設備損壞。（2）電氣安裝要求。輸入和輸出電纜必須分別配線，防止混線，防止絕緣損壞造成危險。信號線與電源線不要長距離平行布線，信號線與通訊線必須采用屏蔽電纜，屏蔽層單端接地。控制機應設專用接地極，接地電阻不大于1Ω。導線與電氣元件間采用螺栓連接、插接、焊接或壓接等，均應牢固可靠。柜體內(nèi)的導線不應有接頭，導線芯線應無損傷。電纜芯線和所配導線的端部均應標明其回路編號。編號應正確，字跡清晰且不易褪色。配線應整齊、清晰、美觀，導線絕緣應良好，無損傷。

一般來說，風電場的無功功率需求來自于兩個方面：風機與變壓器，其中變壓器的無功損耗又分為正常運行時的繞組損耗和空載運行時的鐵心損耗。對于風機，當風速較小時，電機的轉(zhuǎn)差率就會增大，模擬負載的阻值就會減小，定子繞組的電流就會增加，功率因數(shù)也會減小。也就是說，無功電流是會隨著轉(zhuǎn)速的減小而增加的，而且這種變化具有很強的不確定性。風機轉(zhuǎn)速降低時，發(fā)電機需要從電力系統(tǒng)吸收更多的無功功率，這會導致發(fā)電機端部的電壓水平繼續(xù)降低。而安裝在風電場的補償電容器，無功功率輸出能力此時恰恰隨著電壓的降低大幅度減弱，導致對電網(wǎng)的無功功率需求繼續(xù)增加。因此，選用合適的無功補償裝置不僅對風電場的電壓水平有利，還能避免無功功率在電網(wǎng)中大量傳輸，減小損耗。

參 考 文 獻

[1]《榮信RSVG系列高壓靜止無功發(fā)生器用戶手冊》

[2]丁家迅.探討無功補償在風力發(fā)電中的影響及作用[J].城市建設理論研究.2011（29）