摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的风电场建设的发展也有了很大的改善。风能是重要的清洁能源，但是由于风力发电的间歇性和不稳定性，风电场在并网过程中可能会影响到电能的质量，因此就需要引入风电场的无功补偿技术。风电场无功补偿技术是最为行之有效的办法，通过无功补偿能够有效的改善风电场电压波动的现象，维持风电场母线电压以及风力发电机电压的稳定，最终让风电场的电压得到有效的控制，为风电场的并网提供基础。为此我们从风电场电气一次部分的设计以及无功补偿技术的规划进行分析，分析无功补偿的设计。
关键词：风电场电气一次部分；无功补偿技术；问题研究
引言
风力发电由于具有可预测性低，强波动性，强随机性等特点，大规模风电接入系统会引起系统电压稳定性变差、电压波动、闪变等严重故障，甚至会引发风电系统电压崩溃等现象。本文主要针对风电场无功不足以及无功电压控制，调峰能力不足，不能很好的参与系统调度以及大规模风电机组故障脱网以及连锁脱网事故等问题，从风电场无功补偿优化及无功电压控制两方面进行了综述。分析了风电场无功优化、无功补偿容量确定，无功电压控制等方面的理论研究动态及工程实际应用技术的发展，提出了今后风电场无功补偿及无功电压控制方面的研究方向及技术发展趋势，为风电场群安全、可靠、稳定运行与控制提供参考。
1风电场工程电气一次部分设计
在电气以及变电工程中电气设计占据着极其重要的地位，其主要内容有电气主线设计、电气设备的选择和搭配、短路电流计算、继电保护、电气接地设计等几个主要的内容。由于风力发电机的核心发电不见是风力发电机，其电气设计的重点就是围绕风力发电机展开。其中电气主线设计是首要同时也是主要的部分，主要内容有风机组侧接线设计和升压站内电气主接线设计。变压器和箱式变压器的选择要注意，当风电场发电时潮流从风电场到电网，反之，潮流也相反，通常电压波动较大，需要结合实际情况进行分析选择合适的变压器。主设备和导线的选择必须注意安全性，要保证系统的安全和稳定运行。电视设备的布置要遵循用地少、操作和运行简便、后期维修和安装、节约资源的原则。
2风电场无功补偿优化问题
由于风资源的间歇性和不确定性等特点，大规模风电机组并网会使电网电压下降，使风电场及系统的电压稳定性变差，严重时会出现系统电压崩溃现象。风电场一般建设在电网末端，与电网的连接比较薄弱，需要有足够的无功电压支撑能力来保证系统的电压稳定性。电力系统中负荷的变化及无功窜动是电网内电压不稳定的主要原因。因此，考虑风电场的电力系统无功补偿规划及其对无功补偿进行优化是非常有必要的。国内外学者在风电场无功补偿策略及其优化等方面做了大量工作。
利用遗传算法建立了考虑风电场以恒功率因数运行时，系统有功网损最小的无功功率优化模型，并计算出并网风电场的无功补偿最优容量；针对风电出力的随机性、间歇性和不可控性，采用基于概率分析的场景方法研究含风电场的电力系统无功规划优化问题，建立了含风电场的电力系统无功规划优化模型，研究了基于内点法和改进遗传算法的混合算法的电力系统无功规划优化方案，为含风电场的电力系统无功配置优化及其无功调度提供强有力的依据。通过考虑风速和风电机组的特性，建立了机会约束模型，提出利用随机模拟粒子群算法来确定风电场无功补偿的最优补偿容量，考虑风速和负荷对风电场输出有功和无功的影响，利用遗传算法确定并网点最优电容器分组和控制方法。通过预先处理风电场无功优化模型的约束条件，基于遗传算法确定不同风速下风电场最优无功补偿容量。
3风电场电气一次部分的无功补偿技术的优化
3.1无功电压自动控制的系统参数
风电场无功电压自动控制的参数设置是系统设计的重要内容，参数合理才能确保系统稳定运行。系统的参数设置主要有以下几个方面。（1）控制目标、控制时间。
风电场的电气一次无功补偿技术是为了对系统的无功损耗进行控制，确保机组的电压输出达到电网的要求，根据生产经验可知，一般都可以将无功功率的因数控制在0.95～迟相0.95之间，将电压的调节范围控制为3%-7%左右，就地无功功率的控制响应时间不超过20ms，变压器中的无功功率控制响应时间不超过4ms。（2）运行环境和网络技术参数。无功电压控制系统的运行稳定性和安全性与外界环境有关，外界环境的温度最好控制在-45℃～+45℃之间，环境湿度控制在70%以下，环境的污秽等级必须保持在III级以下。由于系统的网络数据传输采用星状网络拓扑结构，传输速率必须要保证在100M及以上。（3）系统运行保护的技术规范。风电场的无功补偿系统运行过程中必须要具备自动控制功能，当系统出现电压过压、欠压、谐波超限等现象的时候，能够自动切断电容器；当电网缺相、零序超限的时候，可以自动切除电容器；重新上电的时候要进行自检、复位，保持上电时回路处于断开的状态。
3.2功电压自动控制的原理
控制的基本原理是通过改变和调节动态电压调节器从而控制电容器/电抗器的输出电压来实现改善系统无功的目标，另外由于这种补偿装置并没有固定的接入分组，因此能够显著的降低线损，可以实现无功功率的自动调节。从而实现了无功功率、减小损耗、电压稳定的最终效果。从上图中我们也能够看到其实现动态无功补偿的原理是通过晶夹管投切电容组实现的，偷窃电容器组有着无涌流、电弧重燃、暂态冲击等现象，而且响应时间很小，另外能够依据配电系统的电荷变化，自动调节动态投切电容器组，然后最终实现稳压的效果，改善系统的功率因数。
3.3风电场中加SVG+FC补偿装置
补偿装置为小容量的SVG与固定有级电容器（FC）组成的大容量无功补偿装置。仍然是系统在2.62s发生发生三相短路，暂态时间0.05s，仿真时间5s，观察10kV母线上电压的的变化。系统在发生三相短路瞬间，10kV母线电压由原来的0.2pu上升到0.6pu，故障前后风电场出口电压都接近于1.0pu，且母线电压波动小，很快使母线电压达到稳定值。说明加装的补偿装置能有效的补偿系统所需的无功，提高了电压的稳定性和风电场在暂态故障发生时低电压穿越能力。
3.4无功电压自动控制系统的技术特点
其技术特点体现在集中无功电压和就地无功电压两种，对于集中无功电压控制来说：电容器采用了固定接入的方式，通过改变电抗器/电容器电压实现了不分组投切，提高了设备的使用年限；由于采用了计算机自动发现程序因此可以瞬间复位，运行中减少了死机的概率，避免了误投误切现象的存在；主设备采用可视化的操作，运行界面友好，使用方便快捷；能够实现实时自动化检测，必要的时候能够切换手动控制，防止事故的发生。就地无功动态补偿：无触点开关自动投切减少了电容器的投切次数，提高使用寿命；能够实现系统的快速检测，进行动态补偿；响应时间快；有着充分的保护手段，运行可靠性良好。
结语
随着风力发电技术的不断发展应用，当前风力发电已经成为电力行业中的主要形式。在风力发电过程中必须要做好无功补偿，尽量减少无功功率，提高风力发电效率。风电场无功电压控制系统主要体现在两个方面，一个是集中无功电压，一个是就地无功电压，通过相应的技术，对电压控制系统进行设计，可以实现无功补偿目的，是风力发电未来发展的主要方向。
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