風電場的靜止無功補償控制策略和安全運行措施

侯臻鍇

摘要：作為一種新型的清潔能源，風力能源已經得到了廣泛的應用，而風力發電的快速發展一方面展示出了我國對于新能源建設的支持，另一方面，也對于我國當下電網的安全運行帶來了相應的問題。未來需要針對于風電場靜止無功補償策略進行分析，并且針對于這一狀態提出相關改進措施，提升風電場安全運行水平。

關鍵詞：風電場;靜止無功;補償策略;安全運行

未來風力發電技術將會成為我國電力行業發展過程中的主要方式，其綠色無污染的資源形式讓我國電力擁有了全新的發展方向，因此就需要針對于這方面開展研究。其中風電場的無功補償是保障未來風力發電安全的主要措施，本文主要針對于風電場的無功補償幾種模式特點進行分析，對于其中較為常用的靜止無功補償器進行深入的討論，包括運行策略以及運行過程中存在問題的解決方法。

1 無功補償模式的選擇

首先可以用于風電場無功補償的靜止，無功發生器主要包括有固定電容補償器、靜止無功補償器兩種。在早期風電場發展過程中，無功補償的主要措施在于補償功率因數，因此使用固定投入的電器也能夠滿足這一要求，但是這種方式的缺點在于不具備有動態條件能力[1]。并且使用過程中需要使用斷路器來對成組的電器進行投切，這會對電網造成一定程度的沖擊。而站在另一方面來說，風電場一般位于電網的末端，受到聯絡線分布以及電容的影響，末端電壓往往會出現升高，因此需要在電網末端提供無功補償從而穩定電壓。而使用固定電容器又無法提供無功功率補償，這種補償模式無法勝任大型風電場。本文研究的靜止無功補償器能夠在電網中吸收功率，屬于大型風電場無功補償的主要發展方向。但是目前靜止無功補償，其中的電力電子器件加裝技術以及系統控制技術還不成熟，沒有大范圍推廣的力度[2]。

2 風電場運行控制策略

在當下風電場運行的過程中控制策略主要是將無功作為控制的主要目標，通過無功調節器能夠對靜止無功補償器輸出的無功功率進行控制，將其穩定在設定數值。風電場運行過程中，可以將無功功率與靜止無功補償器進行對比，根據一般的控制策略，對比得到的偏差值減去投入的濾波器及電容器流量就是開環控制中所需要的輸出無功量。但是經過多次對比之后發現這種控制策略無法提供給風電場更好的安全穩定運行狀態，主要原因就是靜止無功補償器的補償容量偏小，一旦發生故障，往往無法支撐動態補償。尤其是將無功作為控制目標之后，電壓跌落就無法跟蹤電壓的變化，也就無法進行動態補償[3]。

實際上，未來發展過程中，為了保證風電場能夠更加安全且穩定的運行，需要將風電場電器系統接入點電壓來作為靜止無功補償器的控制目標效果。這種策略能夠讓靜止蜈蚣補償器在系統的層面上發揮出自身擁有的動態補償作用，電壓調節器通過靜止無功補償器來對電力系統的電壓進行不斷調整，將系統的電壓穩定在設定數值附近。理論上來講，通過這種調節能夠將系統電壓穩定，誤差降到0。

3 安全運行的策略

為了保證風電場能夠在后續發展過程中實現安全運行，需要在靜止無功補償器運行過程中，對電壓互感器的斷線進行判斷與處理。靜止無功補償器系統出現的冷卻和控制器反應速度問題也需要進行重視[4]。

3.1 電壓互感器的短線與處理

在當下發展過程中，目前風電廠對于靜止無功補償器的控制策略沒有考慮到電壓互感器的斷線情況。在未來研究的過程中需要以電壓為控制目標，防止高壓側電壓互感器斷線而帶來的誤操作。由于電壓互感器斷線之后，高壓側測量的電壓將會發生較大的區別，因此可以根據低壓側電壓互感器的電壓變化來進行短線判斷，這是一種較為合理的方式[5]。

通常發生電壓互感器斷線時靜止無功補償器有兩種處理方式：一種是閉鎖脈沖，并發出報警，由運行人員檢修電壓互感器并恢復靜止無功補償器的運行;另一種是電壓互感器斷線時，記錄電壓互感器斷線前的電壓值并保持，靜止無功補償器不閉鎖脈沖但發出報警，由運行人員檢修電壓互感器。需要注意的是發生電壓互感器斷線時，要根據接線方式區別對待，確定是三相斷線還是單相斷線。濾波器作為靜止無功補償器系統中提供容性無功支撐和濾去電網有害諧波的重要設備，在進行參數設計時，必須考慮到設備運行可能遇到的極端氣候，考慮到電網條件等對諧振頻率的影響，避免發生濾波器諧振。特別是充分考慮當地環境對電容電抗的影響，并考慮到最大的等值頻偏，以保證極端氣候下濾波器不會失諧[6]。

3.2 靜止無功補償器的冷卻

我國境內的大部分風電場建在戈璧灘上，日夜溫差很大，對靜止無功補償器系統的閥組冷卻效果設計時要有針對性。目前常用的冷卻方式有自然冷卻（熱管冷卻）和純水冷卻兩種。自然冷卻方式先通過熱管將閥組的熱量散發到靜止無功補償器小室，然后再用工業空調將小室內的熱量排出房間;純水冷卻方式通過密閉的循環水管道直接將閥組中冷卻水的熱量帶出，再通過室外的散熱風機或水塔將循環水的熱量帶走。

為了保證極端高溫時也能正常運行，如果采用熱管冷卻閥組的方式就會要求工業級空調的容量很大，這就將嚴重影響SVC的經濟運行和正常使用效率。因此建議采用水風冷卻方式，提高極端溫度下的冷卻效果。

3.3 控制器的反應速度

靜止無功補償器作為阻抗型的設備，無功輸出受電壓影響很大。當電壓升高時輸出無功容量增大（相當于提高了補償容量），當電壓跌落時無功輸出容量減小;當系統發生故障需要大量的無功支撐系統電壓時，由于組抗型設備的特性，實際的無功輸出容量將低于額定容量，補償效果不佳。為此，可以對控制系統進行優化，確保系統一旦發生電壓跌落，控制器可以立刻做出快速反應，立即將無功儲備量釋放，強行提高靜止無功補償器所在母線的電壓，并盡可能將這個電壓值支撐一段時間。

結束語：

風電作為可循環再生使用的清潔能源，具有相當的發展前景。隨著風力發電的發展，風電機組的并網運行也將有更大的需求，為了更好的保證電網運行狀態，需要風電場運行的無功補嘗不僅需要滿足單個風電場的動態補償要求，還要從系統的角度接受調度的協調配合，為整個電網的穩定運行提供支撐。而作為目前較為成熟、可靠的無功補償模式，靜止無功補償器必將在中國新能源發展進程中發揮重要作用。未來可以根據具體情況經過優化和改進的靜止無功補償器的控制策略，只有這樣才能更好地發揮作用，為風電場的電壓調整和控制起到積極作用。

參考文獻：

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[2]陳元峰，徐箭，范傳光，王輝，楊俊，陳習偉，唐暢. 基于電解鋁負荷調節的含高滲透率風電孤立電網頻率控制策略[J]. 電力建設，2018，39（03）：92-100.

[3]于永軍，祁曉笑，鄭少鵬，王方楠. 基于電壓調差率的風電場并列運行靜止無功補償裝置協調控制[J]. 分布式能源，2017，2（02）：51-56.

[4]張超，盧新良，孫心洲. 應用SVC提高雙饋感應發電機并網的風電場暫態電壓穩定性[J]. 電網與清潔能源，2016，32（10）：153-159.

[5]邊曉燕，施磊，周歧斌，符楊. 基于概率法的并網雙饋風電場次同步相互作用及其抑制措施[J]. 高電壓技術，2016，42（09）：2740-2747.

[6]王境彪，晁勤，王一波，殷志敏，石濤. STATCOM與SVC提高大型異步機風電場LVRT能力對比研究[J]. 電源技術，2016，40（05）：1080-1083.

（大唐盧氏風力發電有限責任公司，河南 三門峽 472000）