動態(tài)無功補償裝置對風(fēng)電場電壓水平的影響分析

王繼偉 夏屹 黃青

摘 要：文章以某風(fēng)電場風(fēng)電機組的脫網(wǎng)現(xiàn)象，來對風(fēng)電場的動態(tài)無功補償問題進行分析，以及無功補償裝置對風(fēng)電場電壓的影響并提出了改進動態(tài)無功補償裝置的措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；動態(tài)無功補償裝置；電壓水平；改進措施

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-093-02

近年來，風(fēng)電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)模越來越大，而風(fēng)電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性問題卻越來突出，風(fēng)網(wǎng)脫落事故的發(fā)生不僅會影響人們?nèi)粘５纳a(chǎn)、生活，還會影響社會經(jīng)濟的發(fā)展，本文結(jié)合某地區(qū)的實際例子來對動態(tài)無功補償裝置對風(fēng)場電壓水平的影響進行分析。

1 動態(tài)無功補償裝置對風(fēng)電場電壓的影響

以某風(fēng)電場的電網(wǎng)電場為例，該風(fēng)電場的送出系統(tǒng)總共有7個風(fēng)電場組成的，而且其裝機容兩分別為3個600 MW，1個 800 MW，1個1 300 MW以及1個1 800 MW。

各風(fēng)場送出的功率在經(jīng)過變壓器進行升壓后，皆匯集到母線上，然后經(jīng)過主變后，再送出其他的地域，而且，各個電廠的母線上都有配置無功補償裝置。

該風(fēng)電場在運行在某種工況下，其總共的傳輸功率為 2 260 MW，然后設(shè)置一側(cè)的母線發(fā)生三相短路故障，然后在故障0.1 s之后，對故障進行切除動作。其具體的分析如下，如果該電場動態(tài)無功補償?shù)捻憫?yīng)時間為100 ms，那么，風(fēng)機在進行低壓穿越以及高壓穿越的判據(jù)見表1及表2。

根據(jù)表1及表2的數(shù)據(jù)可知，該風(fēng)電場在低電壓時沒有風(fēng)機發(fā)生脫網(wǎng)的現(xiàn)象，但是，在高電壓時，有4個風(fēng)機發(fā)生了脫網(wǎng)的現(xiàn)象，因此，系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線圖如圖1、2以及圖3所示。

由圖1、2以及3的顯示可知，當整個系統(tǒng)發(fā)生了短路故障時，無功補償裝置端的電壓曲線急劇下降，而由無功補償系統(tǒng)控制的電納全部投入到晶閘管控制電抗器上，閘管控制電抗器瞬間進入閉鎖的狀態(tài)，在故障切除后，風(fēng)場電壓也得以恢復(fù)，由于此時的電納仍然較高，這就導(dǎo)致無功補償裝置的無功輸出仍然較高，系統(tǒng)的無功功率過多致使風(fēng)機落網(wǎng)。圖1～3可以很明顯的看出無功輸出是導(dǎo)致風(fēng)機落網(wǎng)的主要原因。

從上分析得知，無功補償裝置暫態(tài)調(diào)節(jié)的相應(yīng)時間可以很大影響風(fēng)機的暫態(tài)電壓，一旦該裝置不能夠滿足風(fēng)電場而加快調(diào)節(jié)時，就會引起風(fēng)機脫網(wǎng)現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)電場的動態(tài)無功補償裝置，其最佳動態(tài)的響應(yīng)時間應(yīng)小于 30 ms。

2 改進措施以及建議

2.1 開展動態(tài)無功補償裝置性能檢測及整改工作，加強 運行的管理工作

針對現(xiàn)階段電廠無功補償裝置運用不規(guī)范的現(xiàn)象，根據(jù)無功補償裝置容量、運行可靠性能以及配置上進行規(guī)范統(tǒng)一優(yōu)化，以提高無功裝置運行的穩(wěn)定性，進而減少對電網(wǎng)電壓的影響，除此之外，還可以通過無功裝置的開發(fā)商來提高無功裝置的技術(shù)性能，以滿足風(fēng)電場對電壓的控制要求。

除了用加強無功補償裝置性能的方法來控制風(fēng)電場的電壓外，還可以通過管理無功補償裝置運行的方式以達到控制風(fēng)電場電壓的目的。即提高風(fēng)電場現(xiàn)場運行、維護、修理人員的技術(shù)水平來提高無功補償裝置的現(xiàn)場管理水平，減少無功補償對風(fēng)電網(wǎng)電壓的影響。

建立完善的無功補償信息管理機構(gòu)，包括無功補償裝置的改造技術(shù)以及方案，建立相關(guān)的賬臺信息、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的管理方式以及工作的機制也是減少無功補償對風(fēng)電網(wǎng)電壓影響的一個措施。

2.2 其他裝置的運用

由于無功補償裝置所輸出的無功特性對電壓的響應(yīng)具有滯后性，故而，會使風(fēng)機在低壓穿越后容易因為高壓而脫網(wǎng)，并且，無功補償裝置在系統(tǒng)短路時的無功支持能力有限，因此，可以考慮當風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，將動態(tài)無功補償裝置也一并進行切除，而且有相關(guān)規(guī)范數(shù)據(jù)顯示，當動態(tài)無功補償裝置不能夠提供無功補償或者無功補償不足定容量的25%時，可以對動態(tài)無功補償裝置進行切除處理。

除此之外，為了提高風(fēng)電機組在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時的低壓穿越能力，可以考慮在系統(tǒng)故障的時間里接入一個風(fēng)電機組的跨越器，這樣，系統(tǒng)內(nèi)的無功功率就由網(wǎng)側(cè)變流器進行提供。

當風(fēng)電場高壓側(cè)的母線電壓經(jīng)過測量，其數(shù)值低于0.50 pu（對應(yīng)的無功補償?shù)娜萘坎蛔泐~定容量的25%，該母線電壓閾值的選取具體可根據(jù)適應(yīng)不同的故障范圍需要確定，閾值取的越大可適應(yīng)的故障范圍越廣，但該閾值不應(yīng)高于風(fēng)電場穩(wěn)態(tài)運行下升壓站高壓側(cè)母線電壓可能達到的最低電壓值）時，風(fēng)電場無功控制系統(tǒng)的子站就會發(fā)出封閉無功補償控制裝置指令，同時，將風(fēng)機跨接器轉(zhuǎn)接入電網(wǎng)的控制系統(tǒng)中，有風(fēng)電機組網(wǎng)側(cè)的變流器為風(fēng)網(wǎng)下同提供無功支持，而提高風(fēng)機低壓穿越的能力，風(fēng)機無功出力應(yīng)滿足轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流不超過其最大值的限制。

故障切除后，當測量到風(fēng)電場升壓站高壓側(cè)母線電壓不低于0.85 pu時，經(jīng)延時控制中心提供的無功參考值計算出無功補償裝置的導(dǎo)入?yún)⒖贾?，然后再次接入無功補償系統(tǒng)裝置，同時將風(fēng)機跨越器退出，完成了整個故障期間的無功協(xié)調(diào)控制。

3 結(jié) 語

通過全文的敘述可以得出以下結(jié)論，風(fēng)電網(wǎng)在進行供電時，風(fēng)機電組在進行低壓穿越時不會發(fā)生脫網(wǎng)現(xiàn)象，但是在進行高壓穿越時會產(chǎn)生風(fēng)電機組脫落的現(xiàn)象，當風(fēng)網(wǎng)發(fā)生故障時，風(fēng)電機組因故障期間的電壓過高而導(dǎo)致脫落，在對風(fēng)網(wǎng)故障進行切除時，可以將無功補償裝置一并進行切除，然后由風(fēng)機跨接器進行對系統(tǒng)的無功控制，故障切除后，再將風(fēng)機跨接器退出，重新接入無功補償裝置。

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