風(fēng)電場的靜止無功補(bǔ)償控制策略和安全運(yùn)行措施

侯臻鍇

摘要：作為一種新型的清潔能源，風(fēng)力能源已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展一方面展示出了我國對于新能源建設(shè)的支持，另一方面，也對于我國當(dāng)下電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來了相應(yīng)的問題。未來需要針對于風(fēng)電場靜止無功補(bǔ)償策略進(jìn)行分析，并且針對于這一狀態(tài)提出相關(guān)改進(jìn)措施，提升風(fēng)電場安全運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場;靜止無功;補(bǔ)償策略;安全運(yùn)行

未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將會(huì)成為我國電力行業(yè)發(fā)展過程中的主要方式，其綠色無污染的資源形式讓我國電力擁有了全新的發(fā)展方向，因此就需要針對于這方面開展研究。其中風(fēng)電場的無功補(bǔ)償是保障未來風(fēng)力發(fā)電安全的主要措施，本文主要針對于風(fēng)電場的無功補(bǔ)償幾種模式特點(diǎn)進(jìn)行分析，對于其中較為常用的靜止無功補(bǔ)償器進(jìn)行深入的討論，包括運(yùn)行策略以及運(yùn)行過程中存在問題的解決方法。

1 無功補(bǔ)償模式的選擇

首先可以用于風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)撵o止，無功發(fā)生器主要包括有固定電容補(bǔ)償器、靜止無功補(bǔ)償器兩種。在早期風(fēng)電場發(fā)展過程中，無功補(bǔ)償?shù)闹饕胧┰谟谘a(bǔ)償功率因數(shù)，因此使用固定投入的電器也能夠滿足這一要求，但是這種方式的缺點(diǎn)在于不具備有動(dòng)態(tài)條件能力[1]。并且使用過程中需要使用斷路器來對成組的電器進(jìn)行投切，這會(huì)對電網(wǎng)造成一定程度的沖擊。而站在另一方面來說，風(fēng)電場一般位于電網(wǎng)的末端，受到聯(lián)絡(luò)線分布以及電容的影響，末端電壓往往會(huì)出現(xiàn)升高，因此需要在電網(wǎng)末端提供無功補(bǔ)償從而穩(wěn)定電壓。而使用固定電容器又無法提供無功功率補(bǔ)償，這種補(bǔ)償模式無法勝任大型風(fēng)電場。本文研究的靜止無功補(bǔ)償器能夠在電網(wǎng)中吸收功率，屬于大型風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)闹饕l(fā)展方向。但是目前靜止無功補(bǔ)償，其中的電力電子器件加裝技術(shù)以及系統(tǒng)控制技術(shù)還不成熟，沒有大范圍推廣的力度[2]。

2 風(fēng)電場運(yùn)行控制策略

在當(dāng)下風(fēng)電場運(yùn)行的過程中控制策略主要是將無功作為控制的主要目標(biāo)，通過無功調(diào)節(jié)器能夠?qū)o止無功補(bǔ)償器輸出的無功功率進(jìn)行控制，將其穩(wěn)定在設(shè)定數(shù)值。風(fēng)電場運(yùn)行過程中，可以將無功功率與靜止無功補(bǔ)償器進(jìn)行對比，根據(jù)一般的控制策略，對比得到的偏差值減去投入的濾波器及電容器流量就是開環(huán)控制中所需要的輸出無功量。但是經(jīng)過多次對比之后發(fā)現(xiàn)這種控制策略無法提供給風(fēng)電場更好的安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，主要原因就是靜止無功補(bǔ)償器的補(bǔ)償容量偏小，一旦發(fā)生故障，往往無法支撐動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。尤其是將無功作為控制目標(biāo)之后，電壓跌落就無法跟蹤電壓的變化，也就無法進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償[3]。

實(shí)際上，未來發(fā)展過程中，為了保證風(fēng)電場能夠更加安全且穩(wěn)定的運(yùn)行，需要將風(fēng)電場電器系統(tǒng)接入點(diǎn)電壓來作為靜止無功補(bǔ)償器的控制目標(biāo)效果。這種策略能夠讓靜止蜈蚣補(bǔ)償器在系統(tǒng)的層面上發(fā)揮出自身擁有的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償作用，電壓調(diào)節(jié)器通過靜止無功補(bǔ)償器來對電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行不斷調(diào)整，將系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定在設(shè)定數(shù)值附近。理論上來講，通過這種調(diào)節(jié)能夠?qū)⑾到y(tǒng)電壓穩(wěn)定，誤差降到0。

3 安全運(yùn)行的策略

為了保證風(fēng)電場能夠在后續(xù)發(fā)展過程中實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，需要在靜止無功補(bǔ)償器運(yùn)行過程中，對電壓互感器的斷線進(jìn)行判斷與處理。靜止無功補(bǔ)償器系統(tǒng)出現(xiàn)的冷卻和控制器反應(yīng)速度問題也需要進(jìn)行重視[4]。

3.1 電壓互感器的短線與處理

在當(dāng)下發(fā)展過程中，目前風(fēng)電廠對于靜止無功補(bǔ)償器的控制策略沒有考慮到電壓互感器的斷線情況。在未來研究的過程中需要以電壓為控制目標(biāo)，防止高壓側(cè)電壓互感器斷線而帶來的誤操作。由于電壓互感器斷線之后，高壓側(cè)測量的電壓將會(huì)發(fā)生較大的區(qū)別，因此可以根據(jù)低壓側(cè)電壓互感器的電壓變化來進(jìn)行短線判斷，這是一種較為合理的方式[5]。

通常發(fā)生電壓互感器斷線時(shí)靜止無功補(bǔ)償器有兩種處理方式：一種是閉鎖脈沖，并發(fā)出報(bào)警，由運(yùn)行人員檢修電壓互感器并恢復(fù)靜止無功補(bǔ)償器的運(yùn)行;另一種是電壓互感器斷線時(shí)，記錄電壓互感器斷線前的電壓值并保持，靜止無功補(bǔ)償器不閉鎖脈沖但發(fā)出報(bào)警，由運(yùn)行人員檢修電壓互感器。需要注意的是發(fā)生電壓互感器斷線時(shí)，要根據(jù)接線方式區(qū)別對待，確定是三相斷線還是單相斷線。濾波器作為靜止無功補(bǔ)償器系統(tǒng)中提供容性無功支撐和濾去電網(wǎng)有害諧波的重要設(shè)備，在進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到設(shè)備運(yùn)行可能遇到的極端氣候，考慮到電網(wǎng)條件等對諧振頻率的影響，避免發(fā)生濾波器諧振。特別是充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境對電容電抗的影響，并考慮到最大的等值頻偏，以保證極端氣候下濾波器不會(huì)失諧[6]。

3.2 靜止無功補(bǔ)償器的冷卻

我國境內(nèi)的大部分風(fēng)電場建在戈璧灘上，日夜溫差很大，對靜止無功補(bǔ)償器系統(tǒng)的閥組冷卻效果設(shè)計(jì)時(shí)要有針對性。目前常用的冷卻方式有自然冷卻（熱管冷卻）和純水冷卻兩種。自然冷卻方式先通過熱管將閥組的熱量散發(fā)到靜止無功補(bǔ)償器小室，然后再用工業(yè)空調(diào)將小室內(nèi)的熱量排出房間;純水冷卻方式通過密閉的循環(huán)水管道直接將閥組中冷卻水的熱量帶出，再通過室外的散熱風(fēng)機(jī)或水塔將循環(huán)水的熱量帶走。

為了保證極端高溫時(shí)也能正常運(yùn)行，如果采用熱管冷卻閥組的方式就會(huì)要求工業(yè)級空調(diào)的容量很大，這就將嚴(yán)重影響SVC的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和正常使用效率。因此建議采用水風(fēng)冷卻方式，提高極端溫度下的冷卻效果。

3.3 控制器的反應(yīng)速度

靜止無功補(bǔ)償器作為阻抗型的設(shè)備，無功輸出受電壓影響很大。當(dāng)電壓升高時(shí)輸出無功容量增大（相當(dāng)于提高了補(bǔ)償容量），當(dāng)電壓跌落時(shí)無功輸出容量減小;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障需要大量的無功支撐系統(tǒng)電壓時(shí)，由于組抗型設(shè)備的特性，實(shí)際的無功輸出容量將低于額定容量，補(bǔ)償效果不佳。為此，可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，確保系統(tǒng)一旦發(fā)生電壓跌落，控制器可以立刻做出快速反應(yīng)，立即將無功儲(chǔ)備量釋放，強(qiáng)行提高靜止無功補(bǔ)償器所在母線的電壓，并盡可能將這個(gè)電壓值支撐一段時(shí)間。

結(jié)束語：

風(fēng)電作為可循環(huán)再生使用的清潔能源，具有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展前景。隨著風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行也將有更大的需求，為了更好的保證電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，需要風(fēng)電場運(yùn)行的無功補(bǔ)嘗不僅需要滿足單個(gè)風(fēng)電場的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償要求，還要從系統(tǒng)的角度接受調(diào)度的協(xié)調(diào)配合，為整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供支撐。而作為目前較為成熟、可靠的無功補(bǔ)償模式，靜止無功補(bǔ)償器必將在中國新能源發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。未來可以根據(jù)具體情況經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)的靜止無功補(bǔ)償器的控制策略，只有這樣才能更好地發(fā)揮作用，為風(fēng)電場的電壓調(diào)整和控制起到積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯垚. 風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置研討會(huì)及《風(fēng)電場用靜止無功發(fā)生器技術(shù)要求與試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)討論會(huì)在京召開[J]. 電器工業(yè)，2018，（08）：55.

[2]陳元峰，徐箭，范傳光，王輝，楊俊，陳習(xí)偉，唐暢. 基于電解鋁負(fù)荷調(diào)節(jié)的含高滲透率風(fēng)電孤立電網(wǎng)頻率控制策略[J]. 電力建設(shè)，2018，39（03）：92-100.

[3]于永軍，祁曉笑，鄭少鵬，王方楠. 基于電壓調(diào)差率的風(fēng)電場并列運(yùn)行靜止無功補(bǔ)償裝置協(xié)調(diào)控制[J]. 分布式能源，2017，2（02）：51-56.

[4]張超，盧新良，孫心洲. 應(yīng)用SVC提高雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的風(fēng)電場暫態(tài)電壓穩(wěn)定性[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（10）：153-159.

[5]邊曉燕，施磊，周歧斌，符楊. 基于概率法的并網(wǎng)雙饋風(fēng)電場次同步相互作用及其抑制措施[J]. 高電壓技術(shù)，2016，42（09）：2740-2747.

[6]王境彪，晁勤，王一波，殷志敏，石濤. STATCOM與SVC提高大型異步機(jī)風(fēng)電場LVRT能力對比研究[J]. 電源技術(shù)，2016，40（05）：1080-1083.

（大唐盧氏風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472000）