风电场无功电压控制分析
南方电网风电场无功补偿及电压控制技术规范
Q/CSG 中国南方电网有限责任公司企业标准南方电网风电场无功补偿及电压控制技术规范中国南方电网有限责任公司发布目次前言.............................................................. 错误!未定义书签。
1 范围............................................................ 错误!未定义书签。
2 规范性引用文件.................................................. 错误!未定义书签。
3 术语和定义...................................................... 错误!未定义书签。
4 电压质量........................................................ 错误!未定义书签。
电压偏差..................................................... 错误!未定义书签。
电压波动与闪变............................................... 错误!未定义书签。
5 无功电源与容量配置.............................................. 错误!未定义书签。
无功电源..................................................... 错误!未定义书签。
无功容量配置................................................. 错误!未定义书签。
6 无功补偿装置.................................................... 错误!未定义书签。
风电场有功功率和无功功率控制分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
・ ２ ９・
风 电场有功功率 和无功功率控制 分析
于 雪峰
（ 国华（ 齐齐哈 尔） 风 电有限公司， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ６ ） 摘 要： 现 阶段 ， 风 电场 内的风电机组都是遵照 自治发 电的方式运行 ， 为 了保证风 电场有功和无 功功 率输 出的波动 ， 保证 电网 内的平 衡， 电网在运行过程 中必须 留出足够的旋转备用容量。主要 对风电场 有功功率和无功功率控制进行 了分析 。 关键 词 ： 风 电场 ； 有功功率 ； 无功功率 ； 控制分析 风 电技术发展 的核心是风 电机 组整机及 其关键部 件 的设计 制 表 １东北地区各省风 电场有功功率变化现值 单位 ： ＭＷ 造技术 。目前最 常用 的风 电机组包括 以鼠笼感应 电机作为发电机的 火电机组 火电机组 水 电 １ ｍ ｉ ｎ内可用于调整 风电装 风电坜 １ ｍ ｉ ｎ 总的 定速风 电机组 、 以双馈感应电机作为发 电机 的变速风 电机组 和装配 省份 开机 最低出力 开机 风电功率变化量的最小值 机窖 量 最大 功率变化 率限值， ％ 永磁 同步发 电机 的变速风 电机 组等 。定速风 电机组 与电 网直 接相 黑龙江省 ９ ５ ２ ５ ４ ７ Ｏ ９ ６ ４ ６ ７ ６ ４ ｌ ７ ７ ５ ４ ３ 连， 当风电机组并入电网时需要并人补偿 电容器 以提 高发 电机 的功 辽宁省 １ ０柏６ ４ ６ １ ０ １ ∞６ ｌ１ ５ １ ２ ６ ０ ０ ４ ４ 率 因数 。 胄林省 ５ ７ ４ ７ ２ ８ ７ Ｏ ２ ０ ５ ８ ２ｌ ３ ｏ ２ ８ ２ ８ ７ ５ 伴随着风 电场装机容量 的扩展 ， 风 电场对 电网的有功 和无 功功 率 的影响将越来越 突 出。为 了确保风 电场 以及接入 电网的稳定运 ｆ １ ） ３ ￣ １ １ 果电网故障或其在特殊 的方式下运行 ， 为 了防止 电网中线 行， 需要我们 对风电场接入 时的有功和无功功率进行 细致 的计算 分 路 和变压器等输 电设 备过载 ， 以保证系统稳定性 ， 这个 时候需要 对 析， 并需要研 究所 选用机组 类型的控制特性 。基于发展较薄弱 的地 风 电场有功功率提 出看法 ； （ ２ ） 由于 电网中有功 功率过剩 ， 电网频 率 区， 选用 变速风电机组有利 于维持 系统 电压 的稳定 。 过 高稿 于 ５ ０ ．５ Ｈ ｚ 时） 时， 这个 时候就要求风 电场降低其有功功率 ， １风 电场 有功 功 率控 制 降低 的幅度根据 电网调度部门的指令进行。在严重的情况下 ， 可能 １ ． １ 风电场有 功功率控制 问题 （ ３ ） 还有 一种特殊情况是 出现事故时 ， 如果 风 有功功率控制是风 电场一个非常重要 的能力 。 目前 ， 功率控制 需要切 除整个风 电场 ； 需要 电网调度部 门暂 时将 风电 最普遍 的应用是在发生事故时系统能力 降低 的情况 下 ， 帮助 系统复 电场 的并 网运行危及电网安全稳 定 ， 等 到事故处理完后 ， 电网恢 复正常运行再复原风 电场 的并 原到正常运行 ， 避 免系统 出现过载。需要功率控制能力 的原 因还包 场解列 ， 网运 行 。 括频率控制 ， 但频 率控制在风 电场 中应用不多 。 ２风 电场 无 功 功 率 控 制 和 电压 控 制 在风 电装机 比例较高的 电网， 风电场通过功率控制会对系统事 ２ ． １ 风电场无功功率和 电压调节问题 故复原产生特别明显 的作用 ，在风 电装机 比例较 高的电网地区 ， 功 风 电场为 电网提供无功 的能力尤其 重要 。如果没有无 功 ， 或者 率控制的作用更明显 。 国外对于风 电场并网技术 性文件都规定 了在 无功 注入点之间 的距离太 远 ， 电网电压会恶化 ， 甚至可 能导致 电网 持续运行和切换操作时必须要控制有 功功率 。 一是控 制最 大功率变 崩溃 。 风 电场无功与电压问题是所有风 电场并 网技术性文件的基本 化率 ； 二是特殊情况下控制风 电场 的输 出功率 。 另外 ， 许 多风电并 网 目的是保证风 电场并网点的电压水平 和电网的电压质量。 标准还要 求风 电场 必须具有降低有 功功率和参 与系统一 次调频 的 内容 ， ２ ． ２东北地 区风 电场无功电压控制分 析实例 能力 ， 并规范 了降低功率 的范 围和 响应 时间 ， 并且 参加一 次调频 的 Ｃ ０ １ 子项 目对 内蒙古赤峰市 、 通辽市 、 吉林省 、 黑龙江省 、 辽 宁省 调节系统技术参数（ 死 区、 调差 系数 和响应 时间等） 。 ０ １ ０年规划接人的风电场无 功电压控制进 行研 究 ， 分析风 电场应该 在我 国东北 ， 各地 主要 风电场接人电网的最大容量要受到 当地 ２ 这个无功容量范 围由风 电场额定运行时 的功 电网条件及系统调峰能力的影响 。由于风 电是一种 间歇性 电源 ， 输 具备的无功容量范围 ， 下面以我省电网为例说 明研究 内容 。 我省 ２ ０ １ ０ 出功率超过额定值 ８ ０ ％的概率一般不超过 １ ０ ％ 。对 电网公司和风 率 因数范围所确定。 １ ２ ６ ． ２ Ｍｗ，在 我省 电网 中，将 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 电场开发 商来说 ， 风 电场 的输 出功率在某些 情况下 限制 ， 应 该是一 年风 电场总装机 容量将达到 ２ ． ０ Ｐ ｕ或 １ ． ０ ７ Ｐ ｕ ， 在 电网正常运行 和 Ｎ 一 １ 运行两种方式 种 比较好的选择。 这一选择 ， 很好 的解决 了电网改造投资 的问题 ， 同 母线 电压为 １ 时也大大 提高 了电网的利用率 ； 对于风 电场 而言 ， 在相 同的电 网结 下 ，将 Ａ地 区和 Ｂ地 区各 个 风 电场将 其并 网点 的 电压调 整 到 １ ０ ７ Ｐ ｕ或 １ ． ０ Ｐ ｕ 所需要风 电场的功率因数范围进 行了分析 ， 同样 的方 构条件下 ， 可 以建设规模更大 的风 电场 。 法还分析了我省其他风 电场 的功率 因数范围。 分析结果可 以得 出以 １ ． ２东北地 区风 电场有功功率控制研究 下结论 ： 黑龙江省 电网在 ５月份 、 辽 宁省电 网在 ７月份 、 吉林省 电 网在 （ １ ） 在 Ｎ 一 １ 运行方 式下 ， 电网电压支撑 能力较弱 ， 因此对 风 电场 ５月份 的负荷较低 ， 升机方式最小。根据这三省 ２ ０ １ ０ 研究水平年在 （ ２ ） 离 这种 负荷 及开机方式下进行 调峰能力计算 ， 可得到东北地 区可用于 提供的无功支持会 变少 ，部分风 电场 的功率 因数范 围将变 大； 在 电网电压较 高或较低 时 ， 需要 大量 的 调整风电功率变化量的理论最小值 以及风 电场 ｌ ｍｉ ｎ总的最大功率 电网枢纽变 较近的风 电场 ， 无功容量来 调整并网点 的电压 ， 功率 因数会很 低 ； （ ３ ） 对离 电网枢纽 变化 率限值 ， 结果如表 １ 所示 。 其调节电压的功率因数范 围视离 电网电压支撑点 表１ 是在没有 考虑 电网约束 、 风 电机 组性 能指标完全符合要求 变较近的风电场 ， 的 电气距 离的远近不 同而差别很大 ， 同时与其装机容量也有很大关 以及 其他 电网特殊 运行情况 下的结果 。 对离 电网枢纽变较远的风电场 而言 ， 电网较 弱 ， 电压支撑能力不 风电场最 大功率变化率 的影 响因素有很多 ， 主要有风 电场接人 系 ； 系统 的电网状 况 ， 电网 中其他 电源的调节特性 ， 风 电机组运 行特性 足 ，风电场的无功调节对改善地 区电网电压 的作用 比较 明显 ； （ ４ ） 接 ０ ０ ｋ ｖ 站 的风 电场总装机为 １ ３ ５ ０ ＭＷ，已形成百万干 及技术性 能指标等 。 其中电网中水 电机组 的比重对风 电场最大功率 入 Ａ区通榆 ５ 其单个风电场的功率 因数相对较低 ；（ ５ ） 对于接人 Ａ区 变化 率 的影 响最大 ， 但是水 电调节 情况也与很多 因数有关 ， 不 确定 瓦风电基地 ， ５ ０ ０ ｋ ｖ 风 电汇集站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧 电线 的风电场 ， ５ ０ ０ ｋ Ｖ站 内的变压 器 性很 大 ， 也 比较复杂 。 因此 ， 对 于风 电场最大功率变化率很难给 出一 损耗较大 ，并且 ５ ０ ０ ｋ ｖ变的 ６ ６ ｋ ｖ 侧 的补偿 不能起 到明显的作用 ， 个确定值 。 另外 ， 各个地 区电网的情况也不尽相同 ， 在技术规定 中很 难 给出一个统 一的值适用 于各种情况下 的各 种 电网运 行要求 。因 此时 ，接人 ５ ０ ０ ｋ ｖ 汇集站 的单个 风电场影承担 风电场满发对 ２ ２ ０ ｖ 风 电送 出线路上 的全部损耗 以及风 电场空载时送 出线路上 的亢 此 ，技术规定 中只给 出风 电场最大功率变化 率的推荐 值 。风 电场 ｋ １ ０ ｍｉ ｎ最 大功率 变化量 一般 不超过其 装机容 量 的 ６ ７ ％， １ ｍｉ ｎ最 大 电无 功功率 。 因此 ， 应该要求接人 ５ ０ ０ ｋ ｖ 风 电汇集站 的风电场 的功率 因数 范 功率变化 量一 般不超过其装机容 量的 ２ ０ ％。除了风电场 的最 大功 率变化 率 ， 在电 网紧急情 况下
阐析风电场无功电压控制
阐析风电场无功电压控制近年，随着我国对于能源发电的进一步重视，我国的能源发电行业也随之兴盛起来。
风能发电就是其中一种。
伴随着风能发电的迅猛增长，很大量的风能发电机组也相继地并入到了国家电网系统，这样一来就对我国的电网系统的安全运行和供电质量提出了比较大的挑战。
其中的无功电压就成为了外界非议最多的讨论点。
风能电场存在着一些缺点，例如风电场在进行有功输出时波动比较厉害，正是这种波动不能满足电网系统关于电压的相关要求，这种情况下，严重的后果是造成风电场的电力输出脱离电网系统。
因此，我们在进行风能输出的时候，需要一个自动控制电压的系统来进行风电机组的电压动态补偿对风电机组的电压进行整体的调控。
标签：风电场；无功电压；控制近些年，由于我国国务院针对能源问题的一系列法律法规的制定，例如：《可再生能源关于中长期的发展规划》。
这样的鼓励能源方面的一些举措，使得我国的风能源发电迅速的发展开来，并且按照国务院的相关规划，截止到2020年，我国的风电机组发电要达到1.5亿千瓦时。
基于上面的叙述，风力发电的自身的具有间歇性的特点，使得风力发电的有功输出极为被动，给未来的风能发电带来了很大的不确定性，这种不确定性就给国家的电网系统带来了很多的运行中的未知性。
根据我国在2005年出台更新的关于风电场并入电网系统的规划，要求我国的风电场必须配备相应容量的无功补偿设备装置。
这些装置包括三种主要的设备，第一，具有可以投切性能的电容电抗器，包括了由晶闸管控制的电容电抗器，英文缩写为TCR，由磁控制的电容电抗器，英文缩写为MCR。
第二，静止特性的无功发生器，英文缩写为：SVG。
第三，静止特性的无功补偿器，英文缩写为SVC。
1 当前的风电发电的主要特点（1）并入国家电网系统的单个风电场的电容逐渐增大。
（2）并入国家电网系统的风电机组的电压的等级也逐渐增高。
由于风电场通常处在电网系统的尾端，这样就让风电场的输电送电的距离变远，电源的电压也会变高。
张家口地区风电场无功电压控制
张家口地区风电场无功电压控制王双;周鑫;常晓慧【摘要】随着张家口地区风电场的大规模接入,地区电网的电压问题越来越突出,因此引入自动电压控制系统(Automatic Voltage Control,AVC),实现风电场与变电站的协调控制、主变分接开关调节次数最少和电容器投切合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目标.【期刊名称】《华北电力技术》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】4页(P34-37)【关键词】风电场;无功电压;控制【作者】王双;周鑫;常晓慧【作者单位】张家口供电公司,河北张家口075000;张家口供电公司,河北张家口075000;张家口供电公司,河北张家口075000【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言在风电高发时段，220 kV母线电压越下限情况严重，而风电小发时段，电网又存在电压严重偏高的现象，给电网的稳定运行带来极大威胁。
由于风电场的无功电压管理水平有限，且单个风电场调压很难实现全网电压优化，因此在风电场的无功电压控制方面，应从全网考虑，进行无功电压的统一协调管理。
AVC系统是通过采集全网各节点遥测、遥信等实时数据进行在线分析和计算的，在电网与设备安全运行的前提下，以各节点电压合格、网调关口无功或功率因数为约束条件，实现无功补偿设备合理投入和无功分层就地平衡与电压稳定。
张家口地区AVC系统除实现AVC系统的常规功能外，又根据张家口地区风电场较多的特点，将风电场SVC引入AVC系统控制中，实现风电场与风电场之间的SVC协调控制、风电场与系统内变电站的协调控制、风电场内部多个SVC之间的协调控制等功能。
目前，SVC设备参与AVC控制在我国尚无先例，张家口地区风电场的SVC设备接入控制具有典型示范意义，为后续的大规模风电场接入电网自动电压控制积累重要的实践经验。
1 指标体系及目标值通过无功电压控制系统AVC对相关变电站电容器、电抗器、变压器分接头位置以及对风电场SVC的协调控制，满足系统电压合格率、功率因数的指标要求。
风电场无功控制系统研究报告
风电场无功控制系统研究报告一、引言风能是清洁、可再生的能源，近年来得到了广泛的关注和利用。
然而，风电场的无功控制系统却是一个重要的问题，对于风电场的稳定运行和电网的安全是至关重要的。
二、无功问题及其影响在电力系统中，无功功率是交流电路中既不做功，又不产生热能的功率。
风电场作为一个巨大的电力负荷，会对电网的无功功率造成影响。
当风电场无功功率过大时，会导致电网电压波动过大，甚至引起电网失稳。
因此，风电场无功控制系统的研究对电网的稳定运行具有重要意义。
三、常用的无功控制方法1.静态补偿：使用无功补偿装置，如静止无功补偿器（SVC）或静态同步补偿器（STATCOM），通过控制无功电流的注入或吸收来实现无功补偿。
2.动态响应：根据电网的无功需求，控制风电场的功率输出，使风电机组能够提供需要的无功功率。
3.无功限值：在电网连接点处设置无功限值，控制风电场的无功功率，使其在允许范围内运行。
四、无功控制策略针对风电场的无功问题，可以采用以下控制策略来解决：1.基于线路电流的无功控制：根据电网的负载情况和需求，通过控制风电场的功率输出来调节电网的无功功率。
2.基于电网电压的无功控制：通过监测电网电压情况，控制风电场的功率输出，使其能够主动提供或吸收所需的无功功率。
3.预测性无功控制：借助天气预测和负荷预测等技术手段，提前预测电网的无功需求，从而调节风电场的功率输出，以满足无功需求。
五、无功控制系统的设计与实现为了有效控制风电场的无功功率，需要设计和实现相应的无功控制系统。
无功控制系统通常包括无功检测装置、控制算法、控制器和无功补偿装置等组成。
1.无功检测装置：用于监测电网的无功需求，可以使用电流互感器和电压传感器等设备进行检测。
2.控制算法：根据无功需求和风电场的特点，设计相应的控制算法，用于计算无功功率的调节量。
3.控制器：实现控制算法并发出控制信号，以调节风电场的功率输出。
4.无功补偿装置：根据控制器的信号，通过注入或吸收无功电流来实现无功补偿。
基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略
基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略哎，你们知道吗?我最近在研究一个超级酷炫的东西——基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略。
听起来是不是就像科幻电影里的高科技?其实啊，它还真就是风电场里的“智能大脑”。
我们风电场啊，就像个大家庭，里面有各种各样的风电机组，它们就像家里的孩子们，各有各的性格和脾气。
有时候风大，它们就兴奋得不得了，拼命转啊转，有时候风小，它们就懒洋洋的，不怎么动弹。
可问题是，这些孩子们的无功电压输出，如果不能协调好，就会让整个风电场的电压波动得像过山车一样，那可真是让人头疼。
于是呢，我们就想到了这个模型预测控制策略。
它就像是家里的智慧家长，能够提前预判孩子们的行为，然后根据情况做出最合理的调整。
具体是怎么做的呢?简单来说，就是在每个采样时刻，它都会根据当前的风速、负荷这些实时信息，在线求解一个有限时域的开环优化问题，然后得出最优的控制策略，让风电机组的无功电压输出达到最佳状态。
有一次，我亲眼见证了它的威力。
那天风特别大，风电场里的机组们都兴奋得不得了，无功电压输出一个比一个高。
如果按照以前的老办法，可能就得手动去调整，费时费力还不一定准确。
但是这次，有了模型预测控制策略，它就像个自动导航仪一样，自动调整了各个机组的无功电压输出，让整个风电场的电压稳稳当当的，就像是在平静的湖面上划船一样。
我还记得有一次，跟同事们一起讨论这个策略的时候，大家都兴奋得不得了。
小张说：“这简直就是风电场的‘智能大脑’啊，以后咱们的工作可就轻松多了!”小李也附和道：“是啊，再也不用担心电压波动的问题了，咱们可以专心去研究如何提高发电效率了!”说实话，我也特别开心能够参与到这个项目中来。
每次看到风电场在模型预测控制策略的“指挥”下，稳稳当当地运行，我就感到特别的满足和自豪。
就像看着自己的孩子一步步成长，变得越来越优秀一样。
当然啦，这个策略也不是万能的。
有时候，遇到特别复杂的情况，比如风速突然变化特别大，或者负荷突然增加很多，它可能也会有点手忙脚乱。
风电AVC电压无功控制系统及AGC功率控制系统在风电场的有效运用
风电AVC电压无功控制系统及AGC功率控制系统在风电场的有效运用摘要：在各种新能源中，风力发电非常重要，而且已经形成一定的规模。
当前风力发电容量持续增长，电力部门对风力发电提出了更高的电能质量要求，同时对于不足之处采用科学有效的控制措施解决，本论文着重于研究风电AVC电压无功控制系统及AGC功率控制系统在风电场的有效运用。
关键词：风电；AVC电压无功控制系统；AGC功率控制系统；风电场；有效运用引言现在各个国家对各种先进的能源技术进行开发，不断转化能源使用结构模式，将不可再生资源使用量控制在最低。
我国是发展中国家，虽然有丰富的能源，但是不可再生能源依然面临枯竭，而且使用中释放大量污染物，不符合绿色发展要求。
风力发电技术应运而生，因地制宜地将风能合理应用，并且引进先进技术开发使用，不仅创造较高的价值，而且还具有环保价值。
一、系统基本介绍（一） AVC电压无功自动控制技术风电场投入AVC（自动电压控制）之后，可以对电压自动调整，具体的方法就是将母线电压值设定好之后，据此进行调节，开展这项工作中也可以按照中调给定无功功率进行，或者基于电压曲线作为依据调节。
具体的方法是，将电压远程调节目标值输入之后，设定好参数，就可以自动控制无功功率。
AVC电压无功自动控制系统运行的过程中，可以对多个对象进行控制，除了风电机组之外，包括分接头以及SVG都可以得到有效控制。
所有被控制的对象都安装有功能投切软压板，其作为配套软件中所安装的一个功能控制开关，对于远程控制起到支撑作用，同时还能够实时指定是否参与有功控制或者无功控制，可见，AVC电压无功自动控制技术发挥重要的作用。
该技术的应用过程中，就是对母线电压、母线无功等实时产生的数据信息进行收集，将电厂侧的电源内部电阻计算出来，此时，还要观察电源接入点向电源侧所呈现出来的阻抗情况，明确阻碍电流所产生的影响，之后通过系统阻抗以及设定的目标电压值，就可以将目标电压值设定出来，之后从母线向电网无功功率注入，确保电压在短时间内回复，促使直流母线电压维持在稳定状态。
如何在低压穿越中进行无功控制的分析
如何在低压穿越中进行无功控制的分析摘要：风力发电作为主要的一种清洁的能源，是现代最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一，由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和利用。
但是风力发电由于其自身特点，如何解决在低压穿越（low voltage ride through，简称lvrt）时，并向系统提供无功功率，支撑电压，甚至对于“电网黑启动”有着深远的意义。
一、前言电能质量中电压的状态主要是电压运行水平和电压稳定性，其中电压运行水平由系统无功功率的决定，而电压稳定性由系统无功功率能否维持动态平衡控制。
为此要改善系统电压运行状态，使得系统电压保持额定运行，必须保证系统无功供应充足。
虽说目前有很多新型风力发电机的出现，使得无功补偿已不再是电压稳定性的一个至关重要的因素，但是，异步发电机具有并网简单、结构简单、经济性、可靠性高等优点，使得异步风力发电机仍然是绝大多数风力发电场的主流机型。
然而异步发电机组的缺点是不具备无功控制能力，需要吸收大量的无功，约为额定功率的20%～30%，其吸收的无功功率一方面主要是为了满足励磁电流的需要；另一方面，为了满足转子漏磁的需要。
电网最常见的故障有单相和两相对地故障、相间故障以及三相短路故障等，本文只针对电网某处发生对称三相短路故障时的情况，分析研究风力发电机组的低电压穿越能力。
当电网某处发生三相短路故障时，电机因无法控制励磁电流而失去对电磁转矩的控制，转速会在短时间内快速加大。
当转速达到风力发电机的转速极限时就会引发刹车系统工作，导致风机退出运行。
此时风电机组若退出运行，系统功率将会出现大幅度波动，对电网故障恢复不利。
为此要求风力发电机组在一定的电网故障情况下，能够保持并网运行，同时向系统发出一定的无功功率，支撑系统电压恢复稳定。
二、风力发电系统仿真模型的建立2.1 风力发电系统仿真模型该仿真模型包括20台单机容量为750kw的恒速异步风力发电机，经35kv升压站再汇流母线后最后升压接入220kv的主电网，风电场与主网接口距离为10km。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
风电场无功电压控制分析
【摘要】风电发展迅猛，但大量风电机组直接接入电网，是对电网安全运营、电能质量保证的重大挑战。
其引起的无功电压问题日益受到关注。
风电场有功出力波动较大，风电场电压波动大，难以满足电网的电压要求，而且各风电场间及与风电汇聚站间彼此缺乏协调，严重时还会导致大规模风机脱网。
需要有一个自动电压控制系统充分利用风电场的风电机组和动态无功补偿装置来对风电场的电压整体调控。
【关键词】风电场；电压控制；无功补偿；静止无功发生器（SVG）；晶闸管控制电抗器（TCR）；磁控电抗器（MCR）；风力发电机组
引言
近年来，风电行业以一种前所未有的速度迅猛发展。
根据国务院《可再生能源中长期发展规划》，至2020年风电装机将达到1.5亿千瓦。
风力发电自身固有的间歇性特点使风电场有功出力波动较大，且未来时刻的发电功率具有一定不确定性，给电网运行带来极大挑战，其引起的无功电压问题日益受到关注。
根据GB/Z19963—2005《风电场接入电力系统技术规定》的要求，风电场一般均配置一定容量的无功补偿装置，包括可投切电容电抗器、静止无功发生器（SVG）和静止无功补偿器（SVC，其中有晶闸管控制电抗器（TCR）及磁控电抗器(MCR)）。
目前风电接入电网出现了两个特点：
（1）单个风电场容量增大；
（2）接入电网的电压等级更高。
但风电基地一般都地处电网末端，输电距离远，电压等级高，缺乏强大火电支撑，而增加的风电接入容量与更高的电压等级使得电网受风电影响的范围更广，也使风电接入后的电压控制问题更加突出，主要表现在：
（1）缺乏就地控制，风电场电压波动大，难以满足电网的电压考核要求。
（2）各自为政，缺乏协调，严重时导致大规模风机脱网。
随着风电的飞速发展，相关的政策、技术标准也随之出台，现摘取《风电场接入电力系统技术规定》有关无功电压方面的一些具体要求。
风电场的无功电源包括风电机组及风电场无功补偿装置。
风电场要充分利用风电机组的无功容量及其调节能力。
风电场的无功容量应按照分（电压）和分（电）区基本平衡的原则进行配置，并满足检修备用要求。
风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率及电压控制能力。
当电网电压处于正常范围内时，风电场应当能风电场并网点电压在额定电压的97%～107%范围内。
风电场变电站的主变压器应采用有载调压变压器通过调整变电站主变压器分接头控制场内电压，确保场内风电机组正常运行。
对于风电装机容量占电源总容量比例大于5%的省级电力系统，器电力系统区域内新增运行的风电场应具有低电压穿越能力。
对于总装机容量在百万千瓦以上风电基地内的风电场，在低电压穿越过程中应具有以下动态无功支撑能力：电力系统发生三相短路故障引起电压跌落，当风电场并网点电压处于额定电压的20%～90%区间内，风电场通过注入无功电流支撑电压恢复；自电压跌落出现的时刻起，该动态无功电流控制的响应时间不大于80ms，并能持续600ms。
当风电场并网点电压在额定电压的90%～110%之间时，风电机组应能正常
运行；当风电场并网点电压超过额定电压的110%时，风电场的运行状态由风电机组的性能确定。
而现有风电场电压无功控制现状离标准要求还相距甚远，随着风电并网规模的日益扩大，电压控制与稳定问题日益严峻。
1 风电场自动无功电压控制手段
1.1 风电场内部可用于自动电压控制调整的手段包括：风机自身的无功调节、可投切电容电抗器、快速动态无功补偿设备。
各种控制设备特点如下：
1.1.1 风电机组
风电机组有变速恒频及定速恒频两类。
定速恒频采用同步发电机或感应发电机，风速变化，保持风电机组转速恒定。
变速恒频机组采用不同类型发电机，并辅之以相关的电力电子变流设备，配合发电机进行功率控制，实现变转速情形下并网发电。
目前广泛采用的交流励磁双馈电机是变速恒频风电机组的一种。
实质上，双馈电机与普通异步电机工作原理一致。
二者区别主要在于普通异步电机转子电流的频率取决于电机的转速，与转差率有关，转子电流频率不能自主地、认为地调整。
双馈电机转子绕组的频率由外加交流励磁电源供电，通过电力电子器件的调控，转子电流频率可以随之变化调整。
现有变频器技术能保证双馈电机的功率因数至少在±0.95之间动态可调，对于现在大多数风电场使用额定功率为 1.5MW的风机，其无功可调范围就为±500kVar。
但目前风机基本上都被设置成定功率因数运行的控制模式，使风机自身的无功电压调节能力未能发挥出来，事实上，双馈电机配备的变频器就相当于一台SVG装置，若每台1.5MW风机都具备500 kVar无功可调容量，相当于很多风电场都额外配置了占总装机容量的30%的SVG装置。
利用好了将对维持电压稳定起到关键作用。
1.1.2 许多风电场配备了一定数量的可投切电容电抗器，造价低廉，控制方便，但此类控制设备存在固有弊端：
（1）只能实现阶跃型的离散控制。
而且，电容电抗器全天得动作次数及连续两次动作间的时间间隔有严格要求，无法实现连续快速调节，也无法有效解决风电场电压波动大的问题。
（2）目前风电场配置的电容器容量较大，但都由风电场独自控制，缺乏统一管理，就会导致各风电场电容不合理投切，反而会在某些时候加重故障。
（3）电容的无功补偿能力取决于电压水平，当电压水平低的时候其能提供的无功补偿能力也随之降低，不利于对电网电压水平实现有效的支撑。
1.1.3 动态无功补偿装置情况：
（1）TCR型SVC采用改变晶闸管触发角控制电抗器电流的方式，相应速度较快，小于10ms，但由于其工作模式打破了工频电流的连续性，电流波形畸变大，需要多套滤波电路的使用。
（2）MCR型SVC以改变电抗器铁芯励磁的方式改变电抗器等效阻抗的大小，反应速度较慢，MCR的响应速度在150ms—300ms左右,难以在电压波动时提供有力支持。