風(fēng)電場電氣一次部分的無功補(bǔ)償技術(shù)的問題研究

張燕好 江蘇鵬創(chuàng)電力設(shè)計(jì)有限公司

引言

風(fēng)能是重要的清潔能源，屬于可持續(xù)利用能源，但是風(fēng)力發(fā)電過程中存在間接性以及不穩(wěn)定性，尤其是風(fēng)電場并網(wǎng)的時(shí)候很有可能出現(xiàn)突發(fā)狀況，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。因此，在風(fēng)力發(fā)電過程中，必須要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用。風(fēng)電場無功補(bǔ)償技術(shù)是目前風(fēng)電場生產(chǎn)運(yùn)行過程中的重要技術(shù)，可以對(duì)風(fēng)電場的電壓波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行改善，同時(shí)，還能提高風(fēng)電場的母線電壓、發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性，為風(fēng)電場并網(wǎng)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.風(fēng)電場工程電氣一次部分設(shè)計(jì)

在電氣以及變電工程中電氣設(shè)計(jì)占據(jù)著極其重要的地位，其主要內(nèi)容有電氣主線設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備的選擇和搭配、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)、電氣接地設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要的內(nèi)容。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心發(fā)電不見是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是圍繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)展開。其中電氣主線設(shè)計(jì)是首要同時(shí)也是主要的部分，主要內(nèi)容有風(fēng)機(jī)組側(cè)接線設(shè)計(jì)和升壓站內(nèi)電氣主接線設(shè)計(jì)。變壓器和箱式變壓器的選擇要注意，當(dāng)風(fēng)電場發(fā)電時(shí)潮流從風(fēng)電場到電網(wǎng)，反之，潮流也相反，通常電壓波動(dòng)較大，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析選擇合適的變壓器。主設(shè)備和導(dǎo)線的選擇必須注意安全性，要保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。電視設(shè)備的布置要遵循用地少、操作和運(yùn)行簡便、后期維修和安裝、節(jié)約資源的原則。

2.風(fēng)電場中風(fēng)機(jī)類型

在風(fēng)電場中，風(fēng)機(jī)被分為三種類型，分別是直驅(qū)式的同步風(fēng)電機(jī)組、雙饋式的異步風(fēng)電機(jī)組以及和失速式的異步風(fēng)電機(jī)組。（1）異步風(fēng)電機(jī)組（失速式），這種類型的風(fēng)電機(jī)在早期應(yīng)用比較廣泛，它具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、小容量等的特點(diǎn)，這種風(fēng)電機(jī)采用的是雙速異步電機(jī)，可以不受時(shí)間限制的從電網(wǎng)吸收無功，因此針對(duì)這種類型的風(fēng)電機(jī)補(bǔ)償較大的無功功率是迫切需要的；（2）異步風(fēng)電機(jī)組（雙饋式），該類型的風(fēng)電機(jī)無論從建設(shè)方面還是維護(hù)方面成本都非常高，雙饋式的異步風(fēng)電機(jī)組通常采用的是繞線式異步電機(jī)，通過交直交變頻器可以連接電機(jī)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)，從而達(dá)到向電網(wǎng)吸收與發(fā)送無功功率的目的，同時(shí)還可以控制一定容量的無功功率，因此，采用這種類型的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場，只需要補(bǔ)償一定量的無功率即可，也不會(huì)有諧波產(chǎn)生；（3）同步風(fēng)電機(jī)組（直驅(qū)式），這種類型的風(fēng)電機(jī)組最常用的電機(jī)是永磁式的電機(jī)，通過主軸可以將風(fēng)機(jī)葉輪和發(fā)電機(jī)連接起來，可以最大程度的利用風(fēng)能，然而這種風(fēng)機(jī)也相應(yīng)的需要花費(fèi)較高的成本。永磁式的電機(jī)建立磁場是不需要向電網(wǎng)吸收無功功率的，所以采用這類型電機(jī)的風(fēng)電場，補(bǔ)償少量的無功率也不會(huì)有諧波產(chǎn)生。在風(fēng)電場中，無功需求通常是：風(fēng)電場輸送出的功率大小常常會(huì)受到風(fēng)速的影響，即小風(fēng)甚至無風(fēng)時(shí)環(huán)境時(shí)，風(fēng)電場輸出的功率就會(huì)變小，此時(shí)的風(fēng)電場需要的激磁功率比較小，相反線路以及電纜需要較大的充電功率，所以要想達(dá)到系統(tǒng)對(duì)功率因數(shù)的要求，通過補(bǔ)充少量的無功率即可滿足。風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組不同對(duì)無功率的調(diào)節(jié)也是不相同的，因?yàn)轱L(fēng)電場中的變壓器等這些感性設(shè)備需要的無功率比較大，所以為了維持系統(tǒng)的電壓和功率因數(shù)的正常狀態(tài)，需要補(bǔ)充大量的無功率即可實(shí)現(xiàn)。異步風(fēng)電機(jī)組（雙饋式）可以對(duì)系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以可以起到無功調(diào)節(jié)的作用。因此這種類型的風(fēng)電機(jī)組可以為風(fēng)電場補(bǔ)充無功率，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的調(diào)節(jié)功能不能協(xié)助建立磁場時(shí)，只能說明一種現(xiàn)象就是有大量的風(fēng)電場一起切入了電網(wǎng)，風(fēng)電場系統(tǒng)中，風(fēng)電機(jī)的種類，電壓的等級(jí)，線路長度以及風(fēng)電場的短路容量均受限于風(fēng)電場的無功補(bǔ)償容量。

3.風(fēng)電場電氣一次部分的無功補(bǔ)償技術(shù)

3.1 同步調(diào)相機(jī)

電力系統(tǒng)的主要負(fù)載是變壓器設(shè)備、同步調(diào)相機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)，也是吸收無功功率的主要設(shè)備。同步調(diào)相機(jī)處于工作狀態(tài)的時(shí)候，同步電機(jī)過勵(lì)磁可以吸收超前電流，提高電能質(zhì)量。由于該設(shè)備工作所需的功率較大，后期的維護(hù)成本也比較高。

3.2 靜止無功補(bǔ)償

靜止無功補(bǔ)償簡稱SVC，是目前應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)無功功率的連續(xù)控制，能夠通過發(fā)出或者吸收無功功率來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，目前已經(jīng)在石油化工、冶金、風(fēng)電等得到了廣泛的應(yīng)用，有著很大的技術(shù)發(fā)展?jié)摿?。SVC控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是利用的瞬時(shí)無功理論的算法，快速的實(shí)現(xiàn)了無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算，讓后將脈沖形成電路的觸發(fā)脈沖經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換傳遞到脈沖功率單元，通過調(diào)節(jié)晶夾管導(dǎo)通角的大小來實(shí)現(xiàn)無功輸出容量的控制，可靠性以及抗干擾性非常強(qiáng)。

3.3 靜止同步補(bǔ)償器

靜止同步補(bǔ)償器技術(shù)的基本原理是：將補(bǔ)償裝置并聯(lián)到電網(wǎng)中，可以理解為在電路中綁定一個(gè)根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷情況來控制電流大小的無功電源，從而對(duì)電氣系統(tǒng)的無功補(bǔ)償進(jìn)行自動(dòng)控制。靜止同步補(bǔ)償技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性較高，而且還能實(shí)現(xiàn)連續(xù)和動(dòng)態(tài)控制。

3.4 固定投切電容器

電力電容器最大的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。主要是通過機(jī)械設(shè)備的投切以及分接頭轉(zhuǎn)換的方式設(shè)計(jì)來穩(wěn)定電壓的，并在風(fēng)電場出口出并聯(lián)多個(gè)補(bǔ)償電容器用來補(bǔ)償異步發(fā)電機(jī)的功率。但是隨著風(fēng)里發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，機(jī)械投切逐漸的顯示出其調(diào)節(jié)速度慢的特點(diǎn)，甚至?xí)霈F(xiàn)失靈的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用，當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為電力行業(yè)中的主要形式。在風(fēng)力發(fā)電過程中必須要做好無功補(bǔ)償，盡量減少無功功率，提高風(fēng)力發(fā)電效率。風(fēng)電場無功電壓控制系統(tǒng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是集中無功電壓，一個(gè)是就地?zé)o功電壓，通過相應(yīng)的技術(shù)，對(duì)電壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償目的，是風(fēng)力發(fā)電未來發(fā)展的主要方向。