风电场SVG无功补偿设备及其在风电场中的应用

的 25%。 6)占地面积较小。由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG 的 占地面积通常只有相同容量 SVC 的 50%，甚至更小。 通过以上比较可以看出，SVG 相比 SVC 技术上更先进、占地更少，因此 在风电场的设计中，无功补偿装置越来越多的考虑采用了 SVG 技术。 三、工程应用 1、工程概况 本文以山东烟台某实际风电工程为例介绍 SVG 的应用情况。该风电场工程 规模为 49.5 MW，风电机组由机端变压器升压至 35 kV，经 3 条集电线路接入升 压站 35 kV 配电装置，安装 1 台 50 MVA（110/35 kV）双绕组变压器；从风电场 新建 1 回 110 kV 出线以变压器—线路组型式送出。本工程在 35kV 母线上安装 一套 SVG 型动态无功补偿装置，成套补偿装置采取 SVG 的补偿形式，总补偿容 量为 12Mvar，成套补偿装置可以实现-12Mvar～+12Mvar 无功功率连续可调。 2、SVG 装置构成 本工程动态无功补偿装置主要包括：1 套额定容量±12Mvar 的以大功率可 关断电力电子器件组成的逆变器（IGBT）为其核心部分的 SVG 型静止无功发生 器， 并成套配备相应的 SVG 本体自动控制监控和 SVG 本体保护系统等成套装置。 本套动态无功补偿装置主要由控制柜、功率柜和启动柜组成。其中功率柜主要由 功率单元组成，是 SVG 的主体，功率单元板接收主控单元发来的控制信号，经 过解码生成触发脉冲控制 IGBT 的开通与关断，产生预期的补偿电流，同时功率 单元板同时还有直流侧电压检测、故障检测以及通讯功能等；SVG 控制柜由电 源系统、 控制系统硬件和监控通讯系统组成，用来控制 SVG 实现预期控制目标、 监控系统运行状态、与上位机进行通讯等。 SVG 系统接线图如图 3 所示。 3、控制性能 成套装置控制系统应可根据系统电压/无功的变化情况，实现脉冲发生和分 配功能， 自动调节装置无功输出成套装置以 110kV 侧母线无功功率、 110kV、 35kV 母线电压作为控制目标，自动无级调节 SVG 输出容量，实现任意风段的高功率 因数运行，在无功容量足够的条件下，任意风段下，可实现变电站 110kV 接入 点的平均功率因数为 0.98。
所示：
图 1 电压型 SVG 电路原理图 电压型 SБайду номын сангаасG 电路由 6 个全控型开关器件（T1－T6） 、二极管桥式整流器 及电容 C 储能元件组成，SVG 电路交流侧经电抗器 L、变压器 TM 与电力网相 连作为其输出端， 根据电网无功功率变化情况，通过控制器控制 6 个全控型开关 器件构成的三相逆变器向系统输入感性或容性无功功率。 SVG 的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联到电网 上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧 就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。 图 1 的等效电路如图 2 所示。 SVG 等效为一个电压源， 其等效电阻为 RS； L 为变压器和电抗器的等效电抗值。由图 2 可知，SVG 向电力网注入的无功功 率
4、保护功能 成套装置应采用了综合保护策略，以提高装置可靠性； 保护类型如下：母线过压、母线欠压、过流、速断、直流过压、电力电子元 件损坏检测保护、丢脉冲、触发异常、过压击穿、阀室超温、保护输入接口、 保 护输出接口控制和系统电源异常等保护功能。 5、显示功能 可分别显示高、低压侧的电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率； 显示 SVG 输出容量、电流； 显示补偿装置的总无功出力。 显示相应的高压断路器的通断状态，显示各类保护动作情况及故障告警等信 息。 6、事件顺序记录 当各类保护动作或监视的状态发生变化时， 控制器将自动记录事件发生的类 型、 相别及动作值， 事件按顺序记录， 可通过液晶进行查询， 并以通讯方式远传。 动作次数可永久保存，即使掉电也不丢失。事件的清除靠液晶菜单中的“信号复 归”完成。 7、通讯功能 本工程 SVG 控制柜完全具有在线监测模块所具有的功能，SVG 监控在后台 实现，采用 RS485 通讯方式，以 modbus 协议为标准，采用通讯管理机实现就地 和远方通讯。
关键词：风电场 SVG 无功补偿
中图分类号：P319.1+1 文献标识码： A 文章编号：
引言
在电力紧缺和能源危机日趋严重的今天，风力发电具有重要的战略地位。 风 力发电的显著特点之一是它的波动性和间接性， 这直接导致了风电场的并网运行 时的电能质量问题及系统稳定性问题。在实际应用中，传统的并联电容器无功功 率补偿方法已经不能满足风电场电压控制的要求， 而风电场动态无功补偿的主要 作用是解决电压控制，同时兼有提高电力系统运行稳定性、增加风电场的输出能 力和提高经济效益的作用等特点， 据此选择动态无功补偿设备是解决上述问题的 最好手段。随着技术的发展和完善，SVG 的优势越来越明显，在风电场的设计 中，无功补偿装置也越来越多的采用了 SVG 技术。
风电场 SVG 无功补偿设备及其在风电场中的应用 晁翠芳 姚伟 250013
山东电力工程咨询院有限公司
摘要：随着风电场建设规模的增大，装机容量的大幅上升，其接入系统后对电
网的影响也日益严重。风电场的随即波动的负荷特性及所处于电网末端的特点， 导致风电场所在的系统质量问题及系统稳定性问题日益突出， 而动态无功补偿装 置在维持风电场并网点电压平衡、维持电力系统暂态稳定、改善电能质量等方面 起着重要作用。本文主要针对 SVG 动态无功补偿设备及其在风电场的应用进行 探讨。
2 US Q sin 2 2 RS
（1）
式中：US 为系统电压， RS 为逆变器等效电阻；δ为 SVG 输出电压 U1 和 US 的夹角。由式（1）可知，通过调节δ的大小，就可以控制 SVG 注入电网 的无功功率。
图2
SVG 单相等效电路
二、SVG 的优势
在风电场无功补偿装置的选择过程中， 为了满足电网的要求及对风电场风 机机组的保护，设计单位对 SVC 和 SVG 无功补偿的进行了详细比较。 SVG 对比 SVC 有以下技术优势： 1) 响应时间更快。 SVG 响应时间≤ 5 ms ； TCR 型 SVC 响应时间≤ 10 ms ； MCR 型 SVC 响应时间≤200 ms。相比之下，SVG 比 SVC 可在更短的时间之内 完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换。 2)抑制电压闪变能力更强。SVC 对电压闪变的抑制最大可达 2：1，SVG 对 电压闪变的抑制可以达到 5：1，甚至更高。SVC 受到响应速度的限制，其抑制 电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加。而 SVG 由于响应速度极快，增 大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。 3)运行范围更宽。SVG 能够在额定感性到额定容性的范围内工作，比 SVC 的运行范围宽很多。 当 SVC 需要在正负全范围运行时， 需要 TCR 或 MCR 和 FC 配合使用，整个装置损耗较大，占地面积也较大。更重要的是，在系统电压变低 时，SVG 还能够输出与额定工况相近的无功电流。而 SVC 输出的无功电流与电 网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能 力也相应变弱。 4)补偿功能多样化。SVG 可以实现不同的多种补偿功能，可单独补偿无功、 谐波、负序，也可同时进行综合治理，所以 SVG 具有强大的补偿功能。SVC 并 不具备多种功能的综合。 5)损耗小。SVG 损耗是同容量 MCR 型 SVC 的 20%，是同容量 TCR 型 SVC
结语：
SVG 是无功补偿领域的重要技术分支，它由于能适应风电场的快速补偿要 求，在国内风电场的应用也逐步增多，随着技术的发展和完善，SVG 的优势将 越发明显， 对于风电场的无功补偿的研究，依照山东电网风电场并网运行重点问 题整改措施， 风电场要加装无功补偿装置在线监测模块，对无功补偿装置运行状 态进行监测。 所以按照本措施要求在以后的工程中尽量采用加装无功补偿装置在 线监测模块来解决无功补偿装置性能检测和运行状态监视等方面的问题。
参考文献：
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一、SVG 的基本原理
静止无功发生器（Static Var Generator-SVG）是一种用全控型电力电子器 件（GTO 或 IGBT）实现变流的静止无功补偿装置，也成为高级静止无功补偿器 （ Advanced Static Var Compensator ）， 或 静 止 同 步 补 偿 器 （ Static Compensator-STATCOM） 。SVG 电路有电压型桥式和电流型桥式 2 种类型，在实 际应用中由于运行效率的原因，迄今投入使用的 SVG 大多为电压型，它的结构 简单，能量损耗小，成本低且易控制。典型的电压型桥式基本组成电路如图 1
风电场SVG无功补偿设备及其在风电场中的应用
作者： 作者单位： 刊名： 晁翠芳， 姚伟 山东电力工程咨询院有限公司 城市建设理论研究（电子版）
英文刊名： 年，卷(期)：
ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu 2013(24)
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