風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補償相關(guān)問(wèn)題及解決辦法

1. 風(fēng)力發(fā)電系統簡(jiǎn)介

隨著(zhù)經(jīng)濟的快速增長(cháng)和社會(huì )的全面進(jìn)步，我國的能源供應和環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越突出。開(kāi)發(fā)和利用可再生能源的需求更加迫切。風(fēng)能作為可再生能源中最重要的組成部分和唯一經(jīng)濟的發(fā)電方式，由于其清潔無(wú)污染、施工周期短、投資靈活、占地少，具有良好的社會(huì )效應和經(jīng)濟效益，已受到世界各國政府的高度重視。隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展和國家在政策上對可再生能源發(fā)電的重視，我國風(fēng)力發(fā)電建設已進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。

我國風(fēng)資源較豐富，但適合大規模開(kāi)發(fā)風(fēng)電的地區一般都處于電網(wǎng)末端，由于此處電網(wǎng)網(wǎng)架結構較薄弱，因此大規模風(fēng)電接入電網(wǎng)后可能會(huì )出現電網(wǎng)電壓水平下降、線(xiàn)路傳輸功率超出熱極限、系統短路容量增加和系統暫態(tài)穩定性改變等一系列問(wèn)題。隨著(zhù)風(fēng)電場(chǎng)規模的增大，風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的相互影響越來(lái)越大而系統對風(fēng)力發(fā)電系統的要求也越來(lái)越嚴格。對風(fēng)電系統主要的兩個(gè)要求是正常運行狀態(tài)下的無(wú)功功率控制和故障狀態(tài)下的穿越能力。

一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率需求來(lái)自于兩個(gè)方面：風(fēng)機與變壓器。其中變壓器的無(wú)功損耗又分為正常運行時(shí)的繞組損耗和空載運行時(shí)的鐵心損耗。無(wú)論是否運行，只要變壓器與主網(wǎng)聯(lián)接，鐵心的勵磁無(wú)功損耗總是存在的。

風(fēng)力發(fā)電系統中，風(fēng)力發(fā)電機是能量轉換的核心部分，風(fēng)力發(fā)電機系統按照發(fā)電機運行的方式來(lái)分，主要有恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統兩種。

對于恒速恒頻發(fā)電機組，普遍采用普通異步發(fā)電機，這種發(fā)電機正常運行在超同步狀態(tài)，轉差率s 為負值，電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，且轉差率的可變范圍很小(s5%)，風(fēng)速變化時(shí)發(fā)電機轉速基本不變。在正常運行時(shí)無(wú)法對電壓進(jìn)行控制，不能象同步發(fā)電機一樣提供電壓支撐能力，不利于電網(wǎng)故障時(shí)系統電壓的恢復和系統穩;發(fā)出的電能也隨風(fēng)速波動(dòng)而敏感波動(dòng)，若風(fēng)速急劇變化，感應電機消耗的無(wú)功功率隨著(zhù)轉速的變化而不斷變化。由于恒速恒頻發(fā)電機組自身不能控制無(wú)功交換并且需要吸收一定數量的無(wú)功功率，因此通常在機組出口端并聯(lián)電容器組，但是單純地依賴(lài)常規的補償電容器是無(wú)法滿(mǎn)足無(wú)功功率補償要求，可能會(huì )引起風(fēng)電機組發(fā)出電能質(zhì)量問(wèn)題，如電壓閃變、無(wú)功波動(dòng)以及故障條件下的穿越能力。因此，恒速恒頻發(fā)電機組需要靜止無(wú)功補償裝置來(lái)優(yōu)化其在正常條件和故障狀態(tài)下的運行。在工程中通常采用靜止無(wú)功補償器SVC或STATCOM來(lái)進(jìn)行無(wú)功調節，采用軟起動(dòng)來(lái)減小起動(dòng)時(shí)發(fā)電機的電流。恒速恒頻發(fā)電機組適合用于小功率，通常不高于600 kW的系統。

對于變頻恒速風(fēng)電機組，其采用電力電子變頻器，通過(guò)一定的控制策略可對風(fēng)電機組有功、無(wú)功輸出功率進(jìn)行解耦控制, 即可以分別單獨控制風(fēng)電機組有功、無(wú)功的輸出，具備電壓的控制能力。變頻恒速風(fēng)電機組在運行時(shí)可以將功率因素提高，但在小于額定功率發(fā)電時(shí)往往功率因數較低，其自身的無(wú)功補償能力仍無(wú)法滿(mǎn)足系統要求。因此，不論是停機(變壓器消耗無(wú)功)還是非滿(mǎn)功率發(fā)電都會(huì )消耗無(wú)功，需要加裝靜止無(wú)功補償裝置以滿(mǎn)足系統需求。變頻恒速風(fēng)電機組適合用于大功率，通常大于1MW的系統。

2. 國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規定的相關(guān)要求

《國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規定》中對無(wú)功功率的要求如下：

1) 當風(fēng)電機組運行在不同的輸出功率時(shí)，風(fēng)電機組的可控功率因數變化范圍應在-0.95～+0.95之間。同步發(fā)電機的功率因素控制在-0.95～+0.95需要勵磁裝置有功率因素調節的相關(guān)功能。

2) 風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率的調節范圍和響應速度，應滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓調節的要求。原則上風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站高壓側功率因數按1.0配置，運行過(guò)程中可按-0.98～+0.98控制。

3) 風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功電源包括風(fēng)力發(fā)電機組和風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補償裝置。首先應當充分利用風(fēng)力發(fā)電機組的無(wú)功容量及其調節能力，如果僅靠風(fēng)力發(fā)電機組的無(wú)功容量不能滿(mǎn)足系統電壓調節需要，則需要考慮在風(fēng)電場(chǎng)加裝無(wú)功補償裝置。風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補償裝置可采用分組投切的電容器或電抗器組，必要時(shí)采用可以連續調節的靜止無(wú)功補償器或其他更為先進(jìn)的無(wú)功補償裝置。由于同步發(fā)電機能夠提供一定的無(wú)功容量，因此在風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補償裝置的容量需要相應地減小，一般來(lái)說(shuō)最好不要使用分組投切電容器，宜使用SVC和STATCOM。

《國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規定》中對風(fēng)電場(chǎng)運行電壓的要求如下：

1) 當風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓偏差在-10%～+10%之間時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應能正常運行。

2) 當風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏差超過(guò)+10%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的運行狀態(tài)由風(fēng)電場(chǎng)所選用風(fēng)力發(fā)電機組的性能確定。

3) 當風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓低于額定電壓90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應具有一定的低電壓維持能力(低電壓維持能力是指風(fēng)電場(chǎng)在電壓發(fā)生降低時(shí)能夠維持并網(wǎng)運行的能力)。

4) 風(fēng)電場(chǎng)參與電壓調節的方式包括調節風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率和調整風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站主變壓器的變比(當低壓側裝有無(wú)功補償裝置時(shí))。

5) 風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率應當能夠在其容量范圍內進(jìn)行自動(dòng)調節，使風(fēng)電場(chǎng)變電站高壓側母線(xiàn)電壓正、負偏差的絕對值之和不超過(guò)額定電壓的10%，一般應控制在額定電壓的-3%～7%。

6) 風(fēng)電場(chǎng)變電站的主變壓器宜采用有載調壓變壓器。分接頭切換可手動(dòng)控制或自動(dòng)控制，根據電力調度部門(mén)的指令進(jìn)行調整