风电场电气一次部分的无功补偿技术的问题分析

刘建华

摘要：随着资源的不断消耗，世界各国都开始探索新的能源，以便在现有能源在未来耗尽时能够替代品。而风能因为其容易获得，并且是真正的无污染，因此利用风能发电对替代传统的火力发电意义重大。我国作为世界上采用火力发电的大国，近些年也一直在探索新的能源结构，其中就包括风能发电。经过多年发展与建设我国的风力发电能力已经是世界上最强的。风力发电的发展离不开其相关技术的完善，而电气一次设计和电气无功补偿技术作为关键技术，直接影响着风力发电的效果。本文将针对风电场的电气一次部分及无功补偿技术进行相应分析，研究设计风电场电气一次部分的无功补偿方案。

关键词：风电场；电气一次部分；无功补偿

0引言

风能属于可持续利用的清洁能源，不过进行风力发电的过程中存在间接性和不稳定性，特别是当风电场的电力并入区域或者国家电网时，一旦出现紧急情况就可能导致电网的电力出现波动。所以风力发电场在发电的过程中必须使用无功补偿技术。通过应用无功补偿技术，能够明显改善风电场的电压波动问题，而且对于风电场的母线电压以及发电机的稳定性都有一定的提升作用，从而能够为风电场并网做好准备。

1风电场电气一次部分设计

我国目前的能源组成还是以化石能源为主，清洁能源占比还是相对较小。但随着全球化石资源的不断消耗，终有一天地下能源会枯竭，因此寻找替代能源至关重要。火力发电在我国的电力供应中一直占比较大，但随着我国节能减排政策的推行，越来越多的清洁能源加入到了发电的能源结构中，其中风力发电已经开始在我国广泛普及。经过多年的发挥建设，风力发电场的发电能力逐渐增强。不过由于风力不能够保持持续稳定，因此风电在并网时常会出现波动。根据《风电场接入电网技术规定》，风电场在建设设计的过程中，应当进行无功补偿设备的安装，从而便于调节电压。无功补偿装置需要具有一定的容量，以便能够对电网以下的风电场汇集系统、主变压器以及风电场在进行电力输送时的感性无功损耗进行补偿。

2.无功补偿技术的类型

2.1同步调相机

因为电力系统的主要负载是变压器和异步电机，多数无功功率被这两个负载所消耗，而同步电机在过励磁状态时会消耗超前电流，同步调相机就是根据这一点对电网的稳定性进行完善。不过这类设备消耗的功率较大，而且后期维护成本较高。

2.2固定投切电容器

结构简单，运行稳定是电力电容器最突出的优势。通过机械设备的投切和分接头转换，固定投切电容器能够起到稳压的作用，而且通过在风电场输出位置进行多个补偿电容器的并联，能够对异步发电机的功率进行补偿。不过伴随着风电场的建设规模越来越大，采用机械投切的调节速度开始逐渐下降，有时还会出现无法调节的情况。

2.3静止无功补偿

静止无功补偿能够实现对无功功率的连续控制，利用发出或者吸收无功功率从而完成动态补偿工作，是目前应用比较成熟的技术，已经在风电等行业进行了广泛的应用，发展前景广阔。静止无功补偿技术最突出的优点就是，通过使用瞬时无功理论的算法，能够完成无功补偿的快速计算，将脉冲转换为电路的触发脉冲，之后通过光电转换传递到脉冲功率单元，最后对晶夹管导通角的角度进行调整，从而控制无功输出容量。这种方法的稳定性高，抗干扰能力强。

2.4静止同步补偿器

静止同步补偿器将装置直接并联到电网中，使电网带有一个能够参照负荷对电流进行调节的无功电源，进而能够达到系统自动进行无功功率补偿的目标，从而实现动态补偿。这种技术的稳定性和安全性都比较好。

3风电场无功电压自动控制系统设计

3.1无功电压自动控制系统

风电场的无功补偿装置通常都需要配套完成的远程控制设备，进而完成对无功补偿的远程动态控制，不过有的感应型的异步电机本身就需要无功补偿，所以在对无功电压控制系统进行设计时，通常都采用自动控制模式。通过使用无功功率控制系统能够降低电网的无功损耗，其分为上层和下层。

上层控制系统属于综合调度系统，主要负责对风场的电压和无功功率进行协调与控制，包括主机、工程师工作站等，使用以太网进行数据的传输与共享，而且通常在主机上使用双机冗余装置，能够确保系统的可靠性与稳定性。

下层控制系统中的风机侧就地无功动态补偿控制、变电站集中电压无功控制，都是使用以太网接入系统。主要是负责对风力发电机组电压、无功功率以及功率因数等的控制，通过应用无功控制算法，从而确定无功补偿的位置、方式和容量，最终能够稳定电压，并维持系统稳定降低损耗。

3.2无功电压自动控制的原理

无功电压自动控制主要是通过对动态电压调节器进行改变和调节，进而实现对电容器/电抗器的输出电压控制，对系统的无功进行改善。此外，这种补偿装置的接入分组不是固定的，所以可以明显的减少线损，完成无功功率的自动调节。最终实现无功功率、减小损耗、电压稳定的目标。无功电压自动控制之所以能够实现动态的无功补偿，主要是因为应用了晶夹管投切电容组，投切电容组不会出现涌流、电弧重燃以及暂态冲击等问题，同时响应时间也比较短，可以根据配电系统的电荷变化自动调节投切电容组，最终达到稳压、改善系统功率因数的目标。

3.3无功电压自动控制的系统参数

无功电压自动控制在进行无功补偿的过程中，需要对系统的参数进行相应设置，具体参数如下：

1. 控制目标以及控制的响应时间。在风电场中应用无功补偿技术，为的是令风电场的发电机组的输出电压可以满足电网对功率和电压的要求。控制的目标为：功率因数介于进相0.95～迟相0.95之间，电压可以进行调节的范围介于3%-7%之间。响应时间：变压器中无功功率控制的需要低于4s，就地无功功率控制的应该低于20ms。

（2）运行环境和网络技术参数。系统运行温度为-45℃～+45℃，湿度＜70%，海拔＜3000m，污染物等级低于III级，可在室内或者室外安装。安装方式使用星状的网络拓扑形式，采用5类的非屏蔽双绞线，确保传输速率能够达到100M。

（3）系统运行保护的技术规范。为了能够确实进行无功补偿，无功补偿系统在使用的过程中需要符合几个标准。首先，如果系统电压出现谐波超限时、过压、欠压的现象时，需要将投入电容器关闭；其次，当电网出现缺相，或者零序超时的时候也要关闭电容器；此外，当开始上电后，RVT必须进行自检和复位，同时还需要确保回路在每次上电的时候都处于断开的状态。

3总结

风力发电相比传统的发电方式，优势明显，潜力巨大，因风力发电过程中必须采用无功补偿，所以本文对风电场电气一次部分的无功补偿技术进行了详细的介绍，对无功补偿技术的类型以及风电场无功电压自动控制系统的设计进行了具体阐述，对无功补偿相关技术的应用有一定的帮助。

参考文献

[1]唐永刚.风电场电气一次部分的无功补偿技术的问题研究[J].电子测试,2018(21):101-102.

[2]唐永刚.风电场电气一次部分的无功补偿技术的问题研究[J].电子测试,2018(21):101-102.

作者简介：刘建华（1986.01.19），性别：男，民族：汉， 籍贯：辽宁省凌源市，学历：本科，毕业于东北农业大学，现有职称：无，研究方向：电气工程、风电维护。