風(fēng)電場無功補(bǔ)償方式的比較

1.風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

　　當(dāng)前，我國的能源結(jié)構(gòu)以常規(guī)能源（煤、石油和天然氣）為主，由于常規(guī)能源的不可再生性，使得能源的供需矛盾日益突出。作為可再生能源的風(fēng)能，“取之不盡、用之不竭”。發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，改善傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能源多元化，緩解對有限礦物能源的依賴與約束，是我國能源發(fā)展戰(zhàn)略和調(diào)整電力結(jié)構(gòu)的重要措施之一。

　　根據(jù)《風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，應(yīng)在風(fēng)電場加裝適當(dāng)容量的無功補(bǔ)償裝置，無功補(bǔ)償裝置應(yīng)具有自動電壓調(diào)節(jié)能力。風(fēng)電場配置的容性無功補(bǔ)償容量除能夠補(bǔ)償并網(wǎng)點(diǎn)以下風(fēng)電場匯集系統(tǒng)及主變壓器的感性無功損耗外，還要能夠補(bǔ)償風(fēng)電場滿發(fā)時送出線路的全部感性無功損耗；配置的感性無功補(bǔ)償容量能夠補(bǔ)償風(fēng)電場送出線路的全部充電無功功率。

　　2.無功補(bǔ)償方式

　　動態(tài)無功補(bǔ)償方式有TCR型、MCR型和SVG型三種。

　　2.1 MCR型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置

　　2.1.1原理

　　三相飽和電抗器的工作繞組并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過改變飽和電抗器的直流控制繞組的勵磁電流，借以改變鐵心的飽和特性，從而改變工作繞組的感抗，達(dá)到改變其所吸收的無功功率的目的。

　　2.1.2占地面積

　　由于MCR沒有像TCR一樣采用晶閘管閥組以及空心相控電抗器，而是采用晶閘管控制部分飽和式電抗器，因此，比TCR面積要小。

　　2.1.3響應(yīng)速度

　　MCR型SVC的響應(yīng)速度一般在100～300ms之內(nèi)。

　　2.1.4損耗

　　可控電抗器在額定負(fù)載時，鐵芯工作在磁飽和區(qū)域，在這種結(jié)構(gòu)下，磁飽和時的邊緣效應(yīng)顯著，由于磁閥交替飽和，在磁閥附近鐵芯區(qū)域存在較大的橫向磁場分量，因此增了電抗器鐵芯和繞組的附加損耗，通常約為2%～4%。

　　目前，MCR經(jīng)過不斷的技術(shù)革新，損耗也有所下降，但是始終不會低于鐵芯式電抗器的額定損耗。鐵心式電抗器的國家標(biāo)準(zhǔn)，按照其容量不同，額定損耗一般為1.2～2%之間。因此，實際運(yùn)行中，小于5萬Mvar的MCR式動態(tài)補(bǔ)償?shù)膿p耗不會小于1.8%。

　　2.1.5諧波電流

　　如電抗器部分投入，電抗器與負(fù)荷產(chǎn)生的諧波將同時出現(xiàn)。

　　2.1.6運(yùn)行噪音大、振動大

　　由于鐵芯式飽和電抗器的固有特點(diǎn)，因此實際運(yùn)行過程中噪音很大，振動很厲害。

　　2.1.7無功控制范圍小

　　飽和電抗器屬于非線性元件，使得工作繞組的電流不能有效跟隨控制繞組（勵磁繞組）電流的變化而變化，也即補(bǔ)償?shù)臒o功功率有過補(bǔ)和欠補(bǔ)現(xiàn)象發(fā)生。為了抑制過補(bǔ)償現(xiàn)象，設(shè)計時把控制電流限制為鐵心完全飽和時電流的0.85以下，也就是說MCR的無功控制范圍在0～85%之間，而不是0～100%之間。

　　2.1.8應(yīng)用

　　MCR型SVC在0.38kV可有效的配合電容投切較適用。MCR型SVC設(shè)備技術(shù)門檻較低，損耗較大，在中壓段應(yīng)用很少。

　　2.2 TCR型靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)

　　2.2.1原理

　　設(shè)備由TCR和 FC兩部分組成，F(xiàn)C向系統(tǒng)提供固定的容性無功并濾除高壓母線上的各次諧波；TCR為晶閘管串聯(lián)電抗器裝置，由控制系統(tǒng)實時跟蹤負(fù)荷變化來改變晶閘管觸發(fā)角從而向系統(tǒng)提供實時可變的感性無功。容性無功和感性無功的相位相反，二者相加將改變無功變化量，從而達(dá)到抑制電壓波動、提高功率因數(shù)等作用。FC是直掛于高壓母線下多組固定不變的濾波器，其濾波阻抗曲線固定不變，能將負(fù)荷變化過程產(chǎn)生的變化的諧波有效濾除，達(dá)到國標(biāo)要求；TCR快速跟蹤負(fù)荷變化。

　　2.2.2占地面積

　　由于TCR式SVC采用高壓晶閘管閥組以及空心式相控電抗器，以及FC濾波器組，因此相應(yīng)占地面積較大。

　　2.2.3響應(yīng)速度

　　TCR+FC型SVC設(shè)備動態(tài)部分為采用的是晶閘管相控電抗器， SVC動態(tài)部分的響應(yīng)時間小于10ms，且為平滑調(diào)節(jié)，足以滿足負(fù)荷動態(tài)無功補(bǔ)償快速、精確的要求。

　　2.2.4諧波的治理

　　TCR+FC型SVC設(shè)備，通過FC部分設(shè)置與電網(wǎng)特征諧波相同的濾波器對諧波進(jìn)行濾除。

　　2.2.5三相不平衡的治理

　　將不對稱的電流進(jìn)行分解，可以得到正序和負(fù)序電流，其中負(fù)序電流將使電力系統(tǒng)中以負(fù)序電流為起動元件的許多保護(hù)及自動裝置產(chǎn)生誤動作。

　　由于負(fù)序及正序的相序相反，注入旋轉(zhuǎn)電機(jī)后產(chǎn)生附加電動力，引起振動及附加損耗。

　　SVC設(shè)備采用STEINMETZ理論，可以有效地治理三相不平衡問題，減小不平衡度。

　　當(dāng)不平衡負(fù)荷中每相間負(fù)荷既有有功Pab、Pbc、Pca，又有無功Qab、Qbc、Qca時，相間無功可用角接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來補(bǔ)償，不平衡有功可以用另外兩個相間電納來平衡。補(bǔ)償后的電路中，電流是完全平衡的，且功率因數(shù)為1。

　　STEINMETZ理論不僅能夠提高功率因數(shù)，而且具有良好的分相調(diào)節(jié)能力，抑制負(fù)序電流達(dá)70%以上。

　　2.2.6設(shè)備損耗

　　SVC設(shè)備直接安裝在高壓側(cè)，工作電流小，經(jīng)統(tǒng)計，TCR型SVC設(shè)備的平均損耗為設(shè)備補(bǔ)償容量的0.5%。

　　2.2.7調(diào)節(jié)特性

　　TCR+FC型SVC通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角來改變TCR的無功輸出， TCR觸發(fā)精度可以小于0.1電角度，所以可以得到線性平滑的無功輸出。

　　2.2.8應(yīng)用

　　TCR+FC型SVC設(shè)備廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)、冶金、煤礦、電氣化鐵路等行業(yè)。

　　2.3 SVG+FC型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置

　　2.3.1原理

　　SVG+FC型原理就是專指由自換相的電力半導(dǎo)體(IGBT、IGCT等)橋式變流器來進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。SVG可以根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)和工況，自動調(diào)節(jié)其輸出的無功功率的大小和性質(zhì)（容性或者感性）。因此，從本質(zhì)上講，SVG可以等效為大小可以連續(xù)調(diào)節(jié)的電容或電抗器。