基于SVG的風(fēng)電場無功控制策略研究

王海娟

【摘? 要】文章對風(fēng)電場的無功功率平衡與電壓問題進(jìn)行研究，以SVG無功補(bǔ)償為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)算來確定不同情況下的無功控制效果，從而制定針對性的風(fēng)電場無功控制運(yùn)行模式。首先闡述風(fēng)電場無功損耗的特點(diǎn)，其次介紹基于SVG無功補(bǔ)償裝置的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，并且對無功功率的控制極限進(jìn)行分析，最后提出風(fēng)電場無功控制的優(yōu)化策略，旨在促進(jìn)風(fēng)電場的穩(wěn)定運(yùn)行質(zhì)量。希望對相關(guān)研究人員提供參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】SVG;風(fēng)電場;無功控制;直驅(qū)發(fā)電機(jī)組

引言

風(fēng)電場為保證運(yùn)行電壓的穩(wěn)定程度，會(huì)采用無功平衡技術(shù)，例如針對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行情況作出最正確的調(diào)整優(yōu)化，這樣可以將設(shè)備運(yùn)行電壓與電流控制在合理范圍內(nèi)，一方面可以提升風(fēng)電場機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)也能夠在成本與安全方面得到一定保證。但是，無功補(bǔ)償模式在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到各類因素的影響，因此風(fēng)電場在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，都會(huì)對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)試，例如SVG無功補(bǔ)償裝置，利用補(bǔ)償器對風(fēng)電場的運(yùn)行功率進(jìn)行無功調(diào)整，以此來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場自身的無功功率平衡。因此，本文重點(diǎn)對SVG無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行控制策略進(jìn)行研究，對維系風(fēng)電場供電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行具有重要意義。

1.風(fēng)電場無功損耗的特點(diǎn)

風(fēng)電場內(nèi)的無功功率損耗主要由以下幾部分組成：（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)箱運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的無功功率消耗;（2）匯流站主變壓器運(yùn)行過程中形成的無功功率消耗;（3）輸電線路配電過程中形成的無功功率消耗，具體可以分為容性無功功率與感性無功功率;（4）當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)線路較長時(shí)，還要考慮高壓線傳輸過程中的無功功率消耗。因此，想要保證風(fēng)電場無功功率損耗的控制效果，便要從多方面入手，例如供電設(shè)備與線路等，采用SVG無功補(bǔ)償裝置對風(fēng)電場的配網(wǎng)線路進(jìn)行多區(qū)段控制，這樣能夠提升具體環(huán)節(jié)的無功功率控制質(zhì)量，并且可以對各部門的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，以運(yùn)行參數(shù)的要求對SVG裝置進(jìn)行調(diào)整。

2.基于SGV的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及極限功率

基于SVG的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：本研究以金風(fēng)科技1.5 MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，側(cè)重對SVG的無功補(bǔ)償控制問題進(jìn)行分析。該類發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，其電網(wǎng)都是直接與電子連接，以此來保證運(yùn)行頻率與電壓屬于恒定狀態(tài)。此外，這種連接方式還有利于定子電壓的控制效果，當(dāng)給定定子電壓變化時(shí)，其相應(yīng)的有功功率與無功功率可以根據(jù)轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行計(jì)算，例如，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定子電壓矢量保持不變時(shí)。設(shè)備運(yùn)行的電壓、電流以及轉(zhuǎn)子位置角都可以通過發(fā)電機(jī)軸上的傳感器進(jìn)行測定，這樣將各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，并且傳遞到服務(wù)器終端，不僅能夠明確風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的各類參數(shù)情況，當(dāng)存在運(yùn)行故障隱患時(shí)，可以及時(shí)在數(shù)據(jù)中顯示。而且根據(jù)轉(zhuǎn)子變量數(shù)值可以計(jì)算出相應(yīng)的軸定子電壓。

3.風(fēng)電場無功控制及SVG應(yīng)用

3.1風(fēng)電場無功控制

風(fēng)電場針對無功補(bǔ)償工作進(jìn)行優(yōu)化完善，主要原因便是為保證運(yùn)行電壓與電流的穩(wěn)定性，同時(shí)還要對并網(wǎng)點(diǎn)的運(yùn)行質(zhì)量作出保證。因此，在風(fēng)電場的整體電力系統(tǒng)中，運(yùn)行電壓與無功功率之間的關(guān)系也比較密切。在對風(fēng)電場的無功問題進(jìn)行分析時(shí)，一方面要將風(fēng)電場作為一個(gè)整體，另一方面要將系統(tǒng)接入段作為分析對象。本研究以金風(fēng)科技1.5 MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，側(cè)重對SVG的無功補(bǔ)償控制問題進(jìn)行分析。為促進(jìn)風(fēng)電場系統(tǒng)電壓的恒定性，要對風(fēng)電場出口電壓、傳輸線路電壓、線路設(shè)備電阻以及高壓傳輸線電壓等參數(shù)進(jìn)行綜合分析，并且以某個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)為例，這樣才能準(zhǔn)確判定出風(fēng)電場運(yùn)行系統(tǒng)的無功損耗。

3.2風(fēng)電場SVG應(yīng)用

SVG靜止無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行電路主要分為電壓型主電路與電流型主電路，該裝置可以發(fā)出感性無功來補(bǔ)償空載時(shí)線路的容性無功，也可以發(fā)出容性無功來補(bǔ)償永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滿載時(shí)線路中的感性無功。因此，可以說SVG裝置的控制實(shí)質(zhì)就是對變流器進(jìn)行控制，通過對軸電流、無功功率、三相電流以及直軸分量等因素進(jìn)行宏觀調(diào)控，以此對SVG的有功與無功運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，這樣才能最大程度的發(fā)揮出SVG裝置的應(yīng)用質(zhì)量。

此外，在SVG的無功控制系統(tǒng)框架中，會(huì)將并網(wǎng)點(diǎn)的運(yùn)行電壓作為主要參考因素，通過對計(jì)劃電壓與實(shí)際電壓進(jìn)行對比分析，并且根據(jù)調(diào)節(jié)器得到的無功電流參考信號，可以根據(jù)實(shí)際電壓與參考電壓的差值對無功補(bǔ)償運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整，在此過程中SVG裝置對于系統(tǒng)的控制目的便是對并網(wǎng)點(diǎn)的無功補(bǔ)償進(jìn)行穩(wěn)定控制，從而強(qiáng)化SVG變流器的直流側(cè)電壓，為風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

4.基于SVG的風(fēng)電場無功控制優(yōu)化策略

4.1無功功率控制方案

風(fēng)電場在設(shè)計(jì)無功功率控制方案時(shí)，需要結(jié)合自身設(shè)備情況，并且對電力調(diào)度部門的安排方案進(jìn)行分析，如果調(diào)度部門對無功功率給定值存在要求，則要對風(fēng)電場無功功率輸出量作出調(diào)整。如果調(diào)度部門沒有提出要求，則可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)自行決定。此外，方案設(shè)計(jì)過程還包括以下工作：（1）對風(fēng)電場主變壓器的低壓側(cè)數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且對主變壓器形成的無功功率補(bǔ)償進(jìn)行測定;（2）對風(fēng)電機(jī)組環(huán)境風(fēng)速進(jìn)行測定，有功功率采用以最大捕捉風(fēng)能為目標(biāo)的控制策略;（3）針對各具體風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測定，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組之間運(yùn)行參數(shù)存在明顯差異時(shí)，要在功率控制方案中得以體現(xiàn)，以此來保證無功控制策略的應(yīng)用質(zhì)量;（4）針對風(fēng)電機(jī)組的無功出力極限進(jìn)行分析，對最大約束力進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用到各風(fēng)電機(jī)組中，從而得到準(zhǔn)確的無功出力總和。

4.2無功功率分配方案

本研究將SVG無功補(bǔ)償裝置作為基礎(chǔ)，在實(shí)際應(yīng)用中要科學(xué)控制該裝置的優(yōu)勢與缺點(diǎn)，一方面可以優(yōu)先采用直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組相應(yīng)的變流器，以此來強(qiáng)化無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行效率。另一方面要明確各具體風(fēng)力機(jī)組的電壓及電流數(shù)值差異，從而在調(diào)整無功控制參數(shù)時(shí)能夠更加準(zhǔn)確，以此來強(qiáng)化SVG裝置與直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組變流器的協(xié)同運(yùn)行質(zhì)量。

4.3無功功率算例分析

為驗(yàn)證本研究提出的無功控制策略的可行性，針對某風(fēng)電場進(jìn)行無功控制策略的試運(yùn)行，并且做出相應(yīng)的算例分析。該風(fēng)電場共有100臺金風(fēng)科技1.5 MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，匯集到35kV母線上，通過二臺降壓變連接到110kV母線。

（1）未采用本文提出的無功補(bǔ)償控制方案時(shí)，各風(fēng)電機(jī)組可以依靠自身變流器對電流與電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是無功補(bǔ)償效果不穩(wěn)定，并且未能根據(jù)具體風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)開展最合適的調(diào)整控制。

（2）在采用本文提出的無功補(bǔ)償控制方案后，風(fēng)電場電壓在0.3s的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到原電壓之前的水平，根據(jù)算例結(jié)果能夠看出，本文提出的風(fēng)電場無功補(bǔ)償方案可以有效控制風(fēng)電場與電網(wǎng)交換的運(yùn)行效果。對于SVG裝置而言，可以在最短的時(shí)間內(nèi)對風(fēng)電機(jī)組的無功功率進(jìn)行平衡控制，提升直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量。

5.結(jié)束語

文章為提升風(fēng)電場的穩(wěn)定運(yùn)行質(zhì)量，從無功功率補(bǔ)償控制問題入手，將SVG無功補(bǔ)償裝置作為基礎(chǔ)，闡述風(fēng)電場無功損耗的特點(diǎn)，介紹基于SVG無功補(bǔ)償裝置的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，并且對無功功率的控制極限進(jìn)行分析，最后提出風(fēng)電場無功控制的優(yōu)化策略，具體為無功功率控制方案、無功功率分配方案、無功功率算例分析，這樣才能強(qiáng)化風(fēng)電場的無功補(bǔ)償控制效果，為我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)固保障。

參考文獻(xiàn)

[1]楊杰.風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（07）：67-68.

[2]李自明，姚秀萍，王海云，等.風(fēng)電場VMP系統(tǒng)無功控制策略研究[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2016，37（002）：67-71.