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SVG无功补偿系统在风电场的应用


SVG 无功补偿系统在风电场的应用 【摘要】风能是一种清洁能源,但电能质量及安全稳定性不是很理想。为解 决风电场并网运行存在的电压稳定问题, 各个风电场都采取了各种方式来提高风 电场并网运行稳定性,SVG 是目前最先进的无功补偿技术,它在风电场的应用, 极大地提高了风电场的运行稳定性 【关键词】风力发电 SVG 无功补偿 一、风电场运行中存在的风险 风资源的不确定性和风力发电机本身的运行特性,使风力发电机组的输 出功率是波动的, 导致并网功率因数不合格, 电压偏差, 电压波动和闪变等问题。 对于大容量风电场接入系统还存在稳定性问题, 都需要无功补偿系统。 另一方面, 系统电压的波动也会对风机的正常运行造成影响, 这就要求无功补偿装置必须使 风电场接入系统的功率因数合格, 并能仰止电压波动, 闪变, 以及相电压不平衡, 等要求。还要求降低系统扰动对风机的影响,加强系统电压的稳定性。 二、风力发电场无功消耗分析 风力发电场无功消耗主要有以下几个方面: 1.风力发电机组的无功消耗,不同机型,不同的机组内无功配置,无功消耗 也不同。 2.与风力发电机配套的箱式变压器的无功消耗,一般消耗无功的比例为箱变 容量 2%-4%体与箱变的短路阻抗有关。 3.风力发电机组配电线路的无功消耗,电缆线路还是架空线路也不同,一般 而言:电缆产生无功,架空线路消耗无功。 4.风力发电场升压主变的无功消耗。一般消耗无功比例为变压器容量的 3% 左右。 变压器的无功消耗和有功损耗一样,也由铁损和铜损组成。变压器的无功消 耗可由下式求得: 三、SVG 的工作原理 SVG(Static Var Generator) ,即高压静止无功发生器,又称作高级静止 无功补偿器 ASVC(Advanced Static Var Compensator)或静止补偿器 STATCOM (Static Compensator) ,就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无 功补偿的装置。 SVG 是迄今为止性能最优越的静止无功补偿设备。SVG 高压静 止无功发生器工作时通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成与交流侧 电网同频率的输出电压, 类似一个电压型逆变器,只不过其交流侧输出接的不是 无源负载,而是电网。因此,当仅考虑基波频率时,SVG 可以等效地被视为幅 值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。 它通过交流电抗器连接 到电网上,无功的性质和大小靠调节电流来实现。 SVG 的工作原理可以用下图所示的单相等效电路图与电流超前和滞后 工作的相量图来说明。 图 1 SVG 效电路及工作原理(未计及损耗) 连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗(如管压降、线路电阻等) ,并将总 的损耗集中作为连接电抗器的电阻考虑,则 SVG 的实际等效电路图与其电 流超 前和滞后工作的相量图如下图所示。 a)单相等效电路 b)相量图 图 2 SVG 等效电路及工作原理(计及损耗) SVG 的运行模式及其补偿特性说明 运行模式 波形和相位图 说明 空载运行模式 当 UI=US 时,SVG 不进行补偿 感性运行模式当 UIUS 时,SVG 等效为连续可调的电容 FC 实际为固定的电容器,此处不赘说。 由于风力发电机对电压的降低反应比较敏感, 也是为了系统电压降低时有够 的容性无功输出,所以风电场使 SVG 和电容式 FC 装置配合使用。 四、以张家口中宝风电场为例,说明具体应用 无功补偿设备采用 SVG+FC 型动态无功补偿装置, SVG 最大无功补偿容 量为:-6.9—+6.9Mvar,

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