動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVG在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

潘志鋒

摘要：風(fēng)力發(fā)電是最有前途的清潔能源和可再生能源之一。為了充分利用風(fēng)力能源資源，提高風(fēng)力發(fā)電的效率，有必要采取措施提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。在風(fēng)力發(fā)電中設(shè)置無功功率補(bǔ)償裝置是提高風(fēng)力發(fā)電效率的一種手段。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償;補(bǔ)償裝置SVG;風(fēng)力發(fā)電

1動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置SVG的特點(diǎn)

交流電路綜合涵蓋了電壓、電流幾種情況。若負(fù)載為純電阻，電壓與電流相位相同;若負(fù)載為電感形式，電壓相位將會(huì)超前于電流相位;若負(fù)載具有良好的電容性，電壓相位則會(huì)延遲于電流相位。SVG的基本原理在于其可以將經(jīng)由變壓器或反應(yīng)器將自轉(zhuǎn)橋電路并聯(lián)，達(dá)到調(diào)整橋電路AC側(cè)輸出電壓的幅度和相位的目的，或?qū)螂娐返慕涣鱾?cè)電流進(jìn)行有效控制。因此，電路可以充分滿足無功功率的吸收或釋放需求，起到良好的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償效果。

1.1SVG的特點(diǎn)

治理諧波功能可以確保系統(tǒng)的安全性能。SVG作為一項(xiàng)可控電流源，只對(duì)所需的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。規(guī)范的諧波電流并不會(huì)損傷補(bǔ)償裝置，還能在一定程度上延長其使用壽命，將維護(hù)工作負(fù)荷降低最小范圍內(nèi)。另外，系統(tǒng)的諧波電流還能避免串聯(lián)電抗電容器組將諧波放大，甚至是對(duì)系統(tǒng)的其他設(shè)備和補(bǔ)償裝置造成損傷。動(dòng)態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償及較快的響應(yīng)速度可有效補(bǔ)償電網(wǎng)諧波。實(shí)際上SVG可隨著負(fù)荷的變化而變化，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行連續(xù)補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)形成無功功率，并吸收無功功率，從根本上消除無功功率。

1.2SVG具有的優(yōu)勢

傳統(tǒng)電容器無功功率補(bǔ)償裝置主要采用3～10級(jí)無功補(bǔ)償方式，每級(jí)增減中包含了數(shù)萬種方法，無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)補(bǔ)償。有源/無功功率補(bǔ)償完全適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的大負(fù)荷變動(dòng)特性，能夠交換有源電力，能夠提高裝置的成本性能。

1.2.1補(bǔ)償模式

常規(guī)電容器無功功率補(bǔ)償裝置用于無功功率補(bǔ)償，補(bǔ)償后的功率因數(shù)通常為0.8～0.9。SVG主要通過功率模塊來達(dá)到無功功率補(bǔ)償?shù)哪康?，其補(bǔ)償后的功率因數(shù)可達(dá)到0.98以上。

1.2.2補(bǔ)償時(shí)間

常規(guī)電容器無功功率補(bǔ)償裝置主要適用于無功功率補(bǔ)償。其最快補(bǔ)償時(shí)間是200ms。SVG可以以1～20ms的速度完成補(bǔ)償。補(bǔ)償時(shí)間過長的話，在需要的時(shí)候就會(huì)變成沒有無功功率的惡劣情況。

1.2.3諧波濾波

傳統(tǒng)電容器無功功率補(bǔ)償裝置普遍以電容電抗型為主，可去除一定程度的頻率諧波。SVG中還應(yīng)用了高級(jí)鏈路拓?fù)浜蛢?yōu)化的高頻脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM），周期性地具有多個(gè)開關(guān)，通過多個(gè)鏈路的相移疊加將輸出電壓接近正弦波。與此同時(shí)，采用諧波消除方法還能將開關(guān)頻率和IGBT造成的損失降至最低，而優(yōu)化輸出電壓波形則可以減小SVG裝置的輸出諧波，避免諧波而生成。此外，SVG在補(bǔ)償電流的指令信號(hào)下，還能對(duì)負(fù)載電流的基本無效分量中的逆極性分量進(jìn)行追加，起到補(bǔ)償負(fù)載無功功率的效果。SVG控制器主要通過命令電流來計(jì)算電路檢測補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波及無效電流分量，而補(bǔ)償電流下的電路接到電流運(yùn)算電路得到的電流指令信號(hào)后，可轉(zhuǎn)化為實(shí)際的補(bǔ)償電流，以此消除補(bǔ)償電流和負(fù)載電流中的諧波和無效電流，最終得到預(yù)期設(shè)想的電力電流。因此，有效調(diào)整控制策略可對(duì)負(fù)載諧波進(jìn)行補(bǔ)償。

1.2.4使用壽命

傳統(tǒng)的電容器無功功率補(bǔ)償裝置通常由電容或電容器控制，這通常會(huì)導(dǎo)致3年內(nèi)的壽命較短，受到較大損失和頻繁維護(hù)。SVG的使用年限在10年以上。

2SVG在風(fēng)力發(fā)電工程中的應(yīng)用

SVG型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的配置。電力網(wǎng)公司為了補(bǔ)償電容性和電感性無功功率都需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在風(fēng)力發(fā)電廠的升壓站的低電壓側(cè)，一般設(shè)置有動(dòng)態(tài)無效電力補(bǔ)償裝置?，F(xiàn)在，最多的風(fēng)力發(fā)電站的規(guī)模一般是100MW，200MW，300MW，大部分是100MW。以100MW的風(fēng)力發(fā)電站為例，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)償容量無功功率一般為25Mvar，補(bǔ)償感性無功功率應(yīng)該根據(jù)輸電線路的長度來決定。如果感性無功功率補(bǔ)償?shù)娜萘康扔陔娙菪詿o效功率的容量，則vsg補(bǔ)償正合適。如果感性無功功率補(bǔ)償?shù)娜萘颗c容性無功功率的容量完全不同，則SVG+FC（固定電容器）類型更合適。采用SVG和分路電容器的組合，滿足連續(xù)調(diào)整的要求，可以降低成本。由于大部分風(fēng)力發(fā)電站的電容性無功電力和電感性無功電力之間的巨大差異，采用SVG+FE的類型。兩個(gè)斷路器分別用于控制SVG電路和FC電路。在正常操作期間，兩個(gè)斷路器處于關(guān)閉狀態(tài)，以確保動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置的連續(xù)調(diào)整。

SVG+FC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置中設(shè)備主要技術(shù)要求。SVG采用IGBT關(guān)斷裝置和模塊設(shè)計(jì)。功率單元的結(jié)構(gòu)和電性能是完全一致的，并且可以交換。FC電路由電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器、斷路器、接地開關(guān)構(gòu)成。（1）電容器組：由串聯(lián)反應(yīng)器引起的電容器動(dòng)作電壓上升中必須含有電容器。（2）系列核反應(yīng)堆：現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目都使用干式串聯(lián)爐。（3）放電線圈：放電線圈對(duì)電容器組特別。（4）斷線器：VSG型動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置的電力入口側(cè)設(shè)置3相連接斷線器，為了在維護(hù)時(shí)確保明顯的切斷點(diǎn)，設(shè)置與“5個(gè)預(yù)防”連接的配線端子。

結(jié)語

我國所有風(fēng)力發(fā)電和轉(zhuǎn)換都以固定并聯(lián)電容補(bǔ)償模式為主，在時(shí)間層面上存在無功功率補(bǔ)償效果差的問題，在切換時(shí)容易出現(xiàn)高過電壓，對(duì)網(wǎng)格嚴(yán)重供電不適合。為了從根本上解決這個(gè)問題，可選擇性能優(yōu)異的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。以瞬時(shí)無功功率和補(bǔ)償原理為基礎(chǔ)的SVG將成為無功功率補(bǔ)償技術(shù)未來發(fā)展的大勢所趨。

參考文獻(xiàn)

[1]史佳鈺.新時(shí)期新能源風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)研究[J].電子世界，2021（13）：8-9.

[2]蔣曉萱，章心因，呂干云，陸媛，朱寧豐，謝濟(jì)城.直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行及低電壓穿越[J].電工技術(shù)，2021（13）：41-43+47.

[3]林鍵.風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)新進(jìn)展探究[J].我國設(shè)備工程，2021（13）：221-223.

[4]王藝霏.雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)高電壓穿越控制策略研究[D].山東大學(xué)，2021.

[5]趙昱森.含分布式電源的無功補(bǔ)償配置研究[D].西安石油大學(xué)，2021.