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摘要：作为一种清洁的可再生能源，风力发电在我国得到了广泛应用．风电技术也从过去的自发自用、独立运行的小型风力发电机发展成为多机联合并网运行的大型风力发电场。目前，我国已规划并建设了多个风电基地。基于SVG和电容器组联合运行方式下的无功控制策略．该策略以接入点为电压控制点，以扰动前的稳态电压为控制目标，在不同的电压区间内，采用不同的调压模式，充分利用SVG的动态调节能力，保证了无功控制策略的实用性。
关键词：风电场；VMP系统；无功控制
受资源禀赋的自然分布所限，风电场大多建于电网末端，通过无功支撑能力低、电压分布不平衡的弱电网连接到电力系统。风速的随机波动和运行方式的改变等扰动均能引起并网点的电压波动，进而影响电力系统的安全稳定运行。在电网运行商制定的风电并网技术导则中，要求风电场具有并网点无功补偿与电压调节的能力，平抑随风速引起的电压变化。由于风能是一种间歇性能源，风电出力的随机性和波动性以及电网中风电比例的增加，给电网的调度、运行带来了新的挑战。大容量风电同时并网会造成接入变电站母线电压质量急剧下降。由于风机大多为异步发电机，风电场在发出有功功率的同时会吸收无功功率，且风电机组大多不能进行持续有效的有功、无功调节，如不采取相应的控制措施，可能对电网的无功、电压稳定性造成影响，或者增加电网的网络损耗．因此，大容量风电接入系统和远距离输送，往往存在功率不平衡、电压不稳定等技术问题，对当地电网无功补偿容量的配置以及电压稳定性会产生明显的影响。
一、电场VMP系统工作原理
一般而言，VMP系统是指风电场无功功率／电压自动控制平台简称VMP，主要应用在兆瓦级风机风电场的并网点电压控制和无功功率自动补偿。各型的风电场VMP系统的基本结构相似，下面以某公司VMP系统为例进行分析，VMP系统结构如图所示。
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该 VMP 系统将风机组群看成为 1个连续可调的无功源，根据无功电压分层协调控制原则，由电力系统自动电压控制系统（AVC）主站下发调节（无功、电压）命令，传给发电厂 AVC 子站，经状态反馈分析计算，下达指令给 AVC 子站 机组、发电机、变电站。 通过 AVC 对变电站或无功补偿设备及主变分接头进行适时调整，能有效地控制区域电网无功的合理流动，优化电网内无功潮流的分布，改善电网整体的供电水平，可以提高电压质量，减少网损。为此，风电场应满足电网对无功容量的以下要求：风电场的无功控制应按照分层和分区基本平衡的原则进行配置，并满足工况下运行要求。风电机组应具有一定的无功容量，至少不低于风电机组在额定有功功率输出时超前 0.95 到滞后 0.95 功率因数所确定的无功容量范围，并且具有控制其发出的无功功率在无功容量范围内动态可调的能力。 风电场要充分利用风电机组的无功容量及调节能力，当风电机组的无功容量不能满足风电场的电压调节需要时，应在风电场配置集中无功补偿装置。
二、电场升压站无功控制策略
为解决大规模风电场并网运行时带来的电网系统电压不稳定问题，目前风电场汇集升压站内无功补偿方式一般采用静止无功发生器(SVG)和并联电容器组联合运行的方式。因此，合理的无功控制策略就显得尤为重要，为解决此问题，提出新的无功控制策略方案。
1、无功控制策略基本思路。风电基地汇集升压站控制策略的基本思路就是统筹考虑SVG、电容器组、风电场无功电压调节手段的特点，通过计算分析，设置升压站母线整定电压，在不同的电压区间范围内，采用不同的调压模式，目标是能够充分利用SVG的动态调节能力、避免电压波动引起电容器组的频繁投切、理顺风电场和电网的调压分工。
2、无功控制策略原则。为便于运行管理，各风电场正常情况下以固定功率因数运行．如国家电网风电场并网相关规定中要求，风电场升压变电站高压侧的功率因数按1.O配置，运行过程中可按一0．98一+0．98控制，优先利用SVG的无功调节能力，充分发挥其优点进行动态调压。正常运行状态下，各电容器组预设投入或切除状态．在SVG调节能力使用至最大后，若需继续进行调压，再考虑使用常规电容器组，以尽量避免电容器组的频繁投切。在SVG和常规电容器组的调节能力均使用至最大后，若仍需继续进行调压，则考虑调节各风电场功率因数。
3、风电场升压站无功控制策略。通过某风电场升压站母线电压波动曲线来论述所提出的无功控制策略，风电场升压站母线电压波动曲线见图。
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图中，U0、U1、U2、U3、U4 分别为需要控制的目标点整定的电压值． 设正常运行状态下，默认投运的电容器组数为 N1，默认备用的电容器组数为 N2，则显然 N1 + N2 = N( 总的电容器组数) 。整定电压 U3和 U4当电压 U ＞ U3 时，说明 SVG、电容器组调压手段均已使用至极限，同时电压仍未控制在目标电压 U1 和 U2 之间，需要采取进一步的调压措施，即使可控的相关风电场改变功率因数，发出感性无功，帮助降低电压水平; 反之，当电压U ＜ U4时，使可控的相关风电场发出容性无功，帮助提高电压水平． 发生上述情况的概率较低，可采用紧急预案或人工操作的方式，当导致电压异常的问题排除后，再逐步使风电场功率因数回到预设值，恢复 SVG、电容器组主导的调压模式．
4、无功控制策略实现流程。需说明的是，采样延时△t 的选择应有所考虑，使其大于投切 1组电容器并发生震荡的时间，防止发生投切电容～电压震荡 ～ 继续投切电容～更加剧烈震荡的恶性循环． 如果基于提高电压调节的灵敏性考虑，△t 取的较小，则应给电容器组投切动作设置闭锁时间，在投切动作闭锁时间后，电容器组不能再次投切。
三、电场升压站无功VMP系统运行模式
SVG无功补偿装置的协调控制系统可根据电网要求，分别设定为协调运行模式和SVG独立运行模式。协调运行模式下，协调控制单元作为整个系统的核心，起到非常重要的作用。
(1)协调控制单元对上：与升压站计算机监控系统和无功电压控制(AVC)系统进行通信，接收上级发来的运行模式和调节指令，通过软件的闭环调节策略，生成总无功指令并对其进行分配。
(2)协调控制单元对下：对SVG控制单元发送无功指令和无功调节速率等控制信息；同时接收各套SVG控制单元上送的运行信息，最终形成对SVG无功补偿装置的闭环控制。调试模式下，协调控制单元将按照设定的总无功指令，根据各套SVG无功补偿装置的运行／退出状态将无功平均分配至每套装置，同时向SVG控制单元下发无功调节斜率，SVG无功补偿装置按照同样的指令以同一斜率完成无功跟随，实现无功均分控制。
随着风电场建设规模的增大，装机容量的大幅上升，其接入系统后对电网的影响也日益严重。风电场的随机波动的负荷特性及所处于电网末端的特点，导致风电场所在的系统质量问题及系统稳定性问题日益突出，而动态无功补偿装置在维持风电场并网点电压平衡、维持电力系统暂态稳定、改善电能质量等方面起着重要作用。SVG型动态无功补偿装置可以有效的降低线损，提高电压的稳定性。对大规模风电场并网运行带来的电压无功问题，统筹考虑 SVG、电容器组、风电场无功电压调节手段的特点，基于 SVG 和电容器组联合运行方式下的无功控制策略。目前，风电场及升压站均已建成投产，SVG无功补偿装置及协调控制系统运行良好。
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