大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償?shù)膽?yīng)用技術(shù)研究

劉峰 張江 李振東 姚曉東 張建鋒

摘要：目前各類能源技術(shù)發(fā)展中，風(fēng)電作為最重要的能源技術(shù)之一，在多個區(qū)域已經(jīng)開始投建，并已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電，但是風(fēng)電系統(tǒng)的出力波動較大，為維持供電穩(wěn)定，需要采取無功補償技術(shù)提高系統(tǒng)運行質(zhì)量?；趯討B(tài)無功補償技術(shù)分類和技術(shù)原理的分析，本文探討了該項技術(shù)的應(yīng)用方法，并研究了相關(guān)技術(shù)的使用注意事項，從而讓電力系統(tǒng)可運行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：大型并網(wǎng)風(fēng)電場;光伏電站;動態(tài)無功補償

引言：動態(tài)無功補償當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出了多種特定的技術(shù)類型，在大型并網(wǎng)風(fēng)電場與光伏電站內(nèi)，若要使用補償技術(shù)，要根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的運行方法、運行原理與運行要求，建成專項性的技術(shù)選擇系統(tǒng)，從而確保最終取得的技術(shù)使用質(zhì)量得到維持。在該項技術(shù)的使用過程，需要按照技術(shù)的具體使用方法正確配置，以確保該系統(tǒng)的運行穩(wěn)定度提高。

1大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償技術(shù)類型與原理

1.1 SVG技術(shù)原理

SVG技術(shù)原理是當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出的新型技術(shù)，該技術(shù)的核心是，基于快速導(dǎo)通與關(guān)斷器件IGBT，結(jié)合脈沖調(diào)制技術(shù)，構(gòu)造三相式全控橋式的整流逆變電路，其中讓交流側(cè)經(jīng)過電抗元件連接電網(wǎng)[1]。SVG技術(shù)可細(xì)分為電流型的橋式電路與電壓型的橋式電路，其中電壓型電路的工作效率更高，因此工程上可主要考慮使用該電路。

SVG技術(shù)的電力補償原理是，改變 SVG技術(shù)系統(tǒng)的交流側(cè)電壓與并網(wǎng)點電壓，通過分析這兩個數(shù)據(jù)的相對大小，得到超前或之后與并網(wǎng)點電壓的無功電流，從而實現(xiàn)無功補償。該系統(tǒng)的構(gòu)造原理是，SVG、電感器和電阻器串聯(lián)，其中電阻可忽略，則之后按照公式計算，為：

其中UI為交流側(cè)電壓，US為并網(wǎng)點電壓，XL為整個系統(tǒng)的阻值，從公式上來看，取得的結(jié)果分別為>0、<0和=0的情況，這三種情況分別對應(yīng)容性、感性與空載工況。

1.2 SVC技術(shù)原理

SVC技術(shù)體系整體上可以分為兩種，一種為MCR型，另一種為TCR型。前者的技術(shù)原理是，在系統(tǒng)中配置MCR裝置與2個電容器，電容器包括常規(guī)電容器與電感器，讓系統(tǒng)具備濾波功能，該系統(tǒng)不可自主調(diào)解。至于MCR裝置，由電抗器與可控硅模塊串聯(lián)構(gòu)造，用于補償電感性的無功功率，原理是，調(diào)整可控硅系統(tǒng)的導(dǎo)通角，改變經(jīng)過電抗的勵磁電流，以平滑調(diào)節(jié)電抗器的輸出功率。

后者的技術(shù)原理是，在系統(tǒng)中配置了一套TCR裝置與2個濾波電容器，其中TCR專職內(nèi)含有控制、檢測和觸發(fā)電路，并檢測該系統(tǒng)的變量，取得了檢測參數(shù)之后，核算并處理該系統(tǒng)的需求變量，之后調(diào)整晶閘管的出觸發(fā)角，從而改

編電抗器的等效電抗參數(shù)，從而實現(xiàn)對于該系統(tǒng)電抗器輸出的電感性無功功率。該系統(tǒng)基本與MCR系統(tǒng)相同，則TCR系統(tǒng)輸出的補償功率中，亦是電感性功率與電容性功率的和值。

2大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償技術(shù)的應(yīng)用

2.1遵守規(guī)范要求

動態(tài)無功補償系統(tǒng)的建設(shè)過程，必須要能夠遵循專業(yè)的規(guī)范制度，保障供配電系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行。從目前的系統(tǒng)管理模式上來看，遵守的規(guī)范首先是《大型風(fēng)電場并網(wǎng)設(shè)計技術(shù)規(guī)范》，要求在并電網(wǎng)中的電壓，要能夠控制額定電壓的-3%，～+7%范圍，無功調(diào)節(jié)速度要滿足電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)需求，必要時設(shè)置動態(tài)無功補償裝置。

其次是《風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，要求風(fēng)電場中要配置無功電壓控制系統(tǒng)，從而控制并網(wǎng)電壓，而對于調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)的精度，要滿足電壓的調(diào)節(jié)需求。

最后是《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，要求光伏逆變器的功率因數(shù)，要能夠在超前和滯后0.95范圍內(nèi)可調(diào)，若不能滿足電壓調(diào)節(jié)需求，需要在其中配置動態(tài)無功補償裝置。

2.2補償方式選擇

2.2.1.典型配置方案

在補償裝置的選擇過程，要分析整個供配電系統(tǒng)中的典型配置技術(shù)，要選擇已經(jīng)并網(wǎng)的大型風(fēng)電場與光伏電站的的應(yīng)用典型工程系統(tǒng)運行模式，該過程中要同時分析SVG、TCR和MCR三種形式的無功補償裝置，要分析在當(dāng)前的風(fēng)電場和光伏電站中，動態(tài)補償裝置的使用方法，之后分析當(dāng)前已經(jīng)取得的技術(shù)進(jìn)展?？紤]到在系統(tǒng)的不同建設(shè)實踐中，對于動態(tài)無功補償技術(shù)的使用頻率和使用規(guī)范存在差別，則在后續(xù)升級過程，要根據(jù)原有的技術(shù)模式，在其中合理插入其他類型的無功補償技術(shù)[2]。

2.2.2.性能參數(shù)分析

性能參數(shù)的分析階段要能夠?qū)崿F(xiàn)對SVG、TCR和MCR無功補償裝置的無功功率調(diào)節(jié)范圍、諧波含量與動態(tài)響應(yīng)時間進(jìn)行實測，最終獲得的結(jié)果為：MCR形勢下，響應(yīng)時間為6659毫秒，有功損耗量為0.04%到3.29%，總諧波的畸變率為3.8%，TCR技術(shù)的響應(yīng)時間為29.16毫秒，有功損耗率為0.05%至9.37%，總諧波畸變率為0.37%。SVG技術(shù)的響應(yīng)時間為16.8毫秒，有功損耗為0.67%到1.86%，總諧波畸變率為0.28%。

通過對最終獲得結(jié)果的分析可發(fā)現(xiàn)，TCR與SVG調(diào)節(jié)模式，系統(tǒng)的響應(yīng)時間為毫秒級別，且整體的響應(yīng)時間不高于30毫秒，而MCR無功補償技術(shù)的響應(yīng)時間過慢。其二為，TCR技術(shù)的有功損耗最大，SVG系統(tǒng)的有功損耗最小。其三是諧波含量參數(shù)，TCR技術(shù)含量最高，SVG技術(shù)最低。

2.3系統(tǒng)配置方法

獲得了三項技術(shù)的本身特點之后，要根據(jù)該電路系統(tǒng)的本身電壓值進(jìn)行分析，整體上可分配為35kV和10kV兩種，對于35kV直掛方式，優(yōu)勢是可以在風(fēng)機(jī)或者光伏的集電線路側(cè)進(jìn)行直接性的無功補償，且取得的補償效果良好，另外可兼顧濾波功能，該系統(tǒng)運行過程不占用主變?nèi)萘?，且不需要連接變壓器，每套設(shè)備都可以做到工作容量的最大狀態(tài)，缺點是該系統(tǒng)屬于新型產(chǎn)品，在施工的成本和技術(shù)的成熟度方面存在一定的缺陷。

對于10kV降壓工作模式，其優(yōu)點是技術(shù)較為完善成熟，并且系統(tǒng)的運行可靠性較高，缺點是需要在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置專用的變壓器，且每套系統(tǒng)的運行容量較小，同時在第三繞組側(cè)補償時，需要穿越主變線路，導(dǎo)致補償效果被削弱。

3大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償技術(shù)的使用要點

3.1系統(tǒng)整體配置

在系統(tǒng)的整體配置過程，要根據(jù)相關(guān)的行業(yè)規(guī)范、各類技術(shù)的本身原理和整個系統(tǒng)的運行要求，實現(xiàn)對于相關(guān)技術(shù)體系的科學(xué)加入，在系統(tǒng)融合之后，則需要研究當(dāng)前相關(guān)技術(shù)體系的具體建設(shè)方案，從而配置專業(yè)資源，讓專業(yè)的人員投入工作之后，將各類設(shè)備以精準(zhǔn)完善的模式建成。另外也需要檢查該系統(tǒng)原有的無功補償系統(tǒng)配置方案，需要全面研究原有系統(tǒng)中占據(jù)主要地位的無功補償系統(tǒng)類型，而在后續(xù)的分析階段，要全面研究相關(guān)系統(tǒng)的工作模式、工作標(biāo)準(zhǔn)和其他無功補償技術(shù)的投入形式。

3.2事故類型分析

在動態(tài)無功補償系統(tǒng)的運行過程中，會在其中加入特定性的是設(shè)備類型，這就要求在實際的工作階段，要通過對相關(guān)的事故原因、事故影響范圍、事故造成后果的全面分析，建立專業(yè)化的應(yīng)急預(yù)案，從而讓該系統(tǒng)在后續(xù)的運行中，防止由于產(chǎn)生的各類故障過于嚴(yán)重，且?guī)в幸欢[蔽性時，無法被工作人員提前查找并且處理，最終讓整個供配電系統(tǒng)失效[3]。

3.3應(yīng)急預(yù)案建設(shè)

應(yīng)急預(yù)案的建設(shè)階段，可以根據(jù)各類安全事故的發(fā)生頻率、影響范圍和問題的處理成本，對整個應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)行合適的分級，讓該系統(tǒng)在后續(xù)的運行階段，可根據(jù)已經(jīng)制定的應(yīng)急預(yù)案，派遣專業(yè)人員第一時間處理存在的工作問題。要求應(yīng)急預(yù)案建立之后，所有人員都需要加強對其的了解深度，基于此，方可保障該應(yīng)急預(yù)案可以得到持續(xù)有效的使用。

結(jié)論：綜上所述，風(fēng)電并網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行階段，需要使用動態(tài)無功補償技術(shù)，實現(xiàn)對于整個供配電系統(tǒng)運行安全的保障。在系統(tǒng)的運行過程中，首先需要分析該系統(tǒng)構(gòu)造過程中所需要遵守的各類行業(yè)規(guī)范，之后分析當(dāng)前已經(jīng)采用了的無補償系統(tǒng)，從而分析整個供配電線路中可采取的技術(shù)類型，最后要對相關(guān)技術(shù)科學(xué)投入，并且分析安全故障類型，并制定應(yīng)急預(yù)案。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張剛剛.光伏電站動態(tài)無功補償技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2017（15）：18-19.

[3]任繼光.大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償?shù)膽?yīng)用技術(shù)探討[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（03）：48-49.