陆兰毅
国家电投集团广西电力有限公司运营服务分公司，广西 南宁 530001
摘要：随着国内经济社会的不断发展，电力资源紧缺问题日益严重。因而，要加强对风力发电工作的研究，提高发电过程的稳定和安全效果。但是，由于受到设备、技术等因素的影响，风力发电过程中有着一定的波动性、间接性，并且风电场并网运行环节中的系统稳定性较差，发电质量得不到有效提高。以往主要应用并联电容器进行无功功率补偿，但是这一方法不能对电压进行有效的控制。因而，现阶段要加强对SVG无功补偿系统的应用与研究，加强对电压的控制。
关键词：SVG无功补偿系统；风电场；重要性；
以往多采用电容器组实现功率补偿，用常规接触器进行电容投切，但是投切式补偿电容的方法只能实现有极调节，并且受机械开关动作时间限制，响应速度慢，不能满足对波动较为频繁的风电场无功负荷补偿要求。
一、电场运行中存在的隐患
自然界中的风资源有着一定的不确定性，再加之风力发电机自身的影响，导致了风力发电机组输出功率存在着较大的波动性，进而造成了并网功率因数达不到相关要求，尤其是电压偏差、波动以及闪变等一系列问题，严重影响到电网运行的稳定性。此外，由于系统电压存在着波动问题，进而对风机的顺利运行也将造成不良的影响。一般来说，风力发电场的无功消耗可以大致分为以下方面：由于风力发电机组设计安装不合理而造成的无功消耗。由于受到不同机型以及机组内无功配置等因素的影响，无功消耗方面也会存在着较大的差异。配套的箱式变压器设备也存在着无功消耗问题。由于机组配电线路种类较多、路线较长，因而也将导致无功消耗问题。由于风力发电场的升压主变，也将导致无功消耗问题，该比例能够占到变压器容量的3%上下。
二、SVG无功补偿系统对风电场运行的重要性
所谓的SVG就是平常所提到的无功发生器。现阶段，SVG主要是指用于动态无功补偿的装置与设备。SVG无功发生器工作期间，借助于电力半导体开关的通断调节，能够把直流侧的电压进行转换，进而使得电压与交流侧的输出电压频率相同。从某种意义上来说，无功发生器与电压型逆变器的性能基本相似。但是，无功发生器在交流侧输出接的是电网。这一过程中，如果仅考虑基波频率，那么可以将SVG等效为交流电压源，并且在幅值、相位能够进行有效控制。将交流电抗器与相应的电网进行连接，可以通过调节电流的方式对无功的性质与大小进行调一方面，SVG对于相关储能元件的容量没有过高的要求。这样一来，就使得SVG体积降低，进而减少了损耗问题。同时，SVG有着较快的响应速度，在短时间内可以感知到补偿系统出现的无功变化，进而能够对电压闪变问题进行有效的抑制，使得供电环节中的电压质量可以得到显著的提高。另一方面，通过将蓄电池等元件合理的安装于SVG 的直流侧，还能对系统无功功率进行一定的调节，同时也会对系统的有功功率做出相应的调节。此外，SVG的运行范围相对较大。如果电网电压出现下降的现象，那么SVG能够对变流器交流侧电压进行相应的调节，尤其是电压的幅值与相位。这样一来，就能确保最大无功电流维持在合理的区间内。对于SVC系统而言，因为系统能够提供的最大电流受到多种因素的影响，比如并联电抗器以及电容器，因而电流将会随着电压的减小而出现降低的现象。这样一来，SVG的运行范围将会显著增大，这也是SVG的一个重要优势。另外，SVG的谐波量较小。相比于其他型式的SVC装置而言，由于SVC受到自身特性的影响，难免会出现一定量的谐波，但是SVG的应用就能显著改善这一问题。具体来说，这一过程中用到了桥式交流电路的多重化技术，同时也应用到了PWM技术，进而使得次数较低的谐波能够得到有效的消除。
三、SVG无功补偿系统在风电场的应用
1.设备构成。
静止无功发生器（简称为SVG）是指利用自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，装置变流器包含直流电容和逆变桥2个部分，其中逆变桥由可关断的半导体器件绝缘栅双极型晶体管组成。变流器电路经过电抗器并联在电网上，通过调节逆变桥中器件的开关，可以控制直流逆变为交流电压的幅值和相位，通过检测系统中所需的无功，可以快速发出幅值相等、相位相反的无功功率，实现动态无功补偿的目的。系统主电路采用经串联电抗器直接接于母线链式串联结构，每相由若干个阀体模块组成，并采用冗余设计，满足“N-1”的运行要求，成套装置以母线无功及母线电压作为控制目标，由成套装置的控制系统综合控制以实现从感性到容性之间的连续自动可调，可动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现任意风段的高功率因数运行，装置无功调节时间小于10ms。SVG的电流输出可以限幅，不会发生谐振或谐波电压放大，安全性高，而且SVG可模块化设计，可靠性高、维护量小，当某个功率模块故障后，SVG由于响应速度极快，抑制电压闪变的能力较强，增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。
2.SVG的控制原理。如果要使SVG在补偿无功的基础上还对负载谐波进行抑制，只需要使SVG 输出相应的谐波电流即可。因此，从这个意义上说，SVG 能够同时实现补偿无功电流和谐波电流的双重目标。对SVG而言，通过控制SVG输出电流的幅值与相位来决定从SVG输出的无功的性质与大小，使SVG输出的无功与系统负荷无功相抵消，功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。最重要的是精确计算出负载中的瞬时无功电流。采集的进线电流及母线电压经运算后得出要补偿的无功功率，计算机发出触发脉冲，光纤传输至脉冲放大单元，经放大后触发，获得所补偿的无功电流。SVG可以根据负载特点和工况，自动调节其输出的无功功率的大小和性质(容性或者感性)，因此，从本质上讲，SVG可以等效为大小可以连续调节的电容或电抗器。
3.技术条件。SVG是基于可关断电力电子器件的电压源型逆变技术，通过控制逆变器实现无功负荷的快速调节，不再需要额外的串联电抗器等器件；SVG属于主动式补偿装置,可以快速、连续、平滑地调节所输出的无功功率，实现无功功率的感性与容性调节。在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流，而输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越小，对电网的补偿能力也相应变弱。控制系统响应时间不大于1ms，装置闭环响应时间不大于10ms；且产生的高次谐波量小，目前在风电场中已得到越来越广泛的应用。例如，某风电场需动态补偿0~7.2Mvar的容性无功，无功补偿装置由一套额定容量±3.6Mvar的以大功率可关断电力电子器件组成的逆变器作为其核心部分的SVG型静止无功发生器成套装置和一套额定容量3.6Mvar的35kV并联电容补偿装置构成，共用一台断路器投切，实现了无功容量的实时动态补偿；现场条件允许时，可将SVG 装置及电容补偿装置分别用断路器投切，使用将更加灵活。对于早期并网的风电场，宜对无功补偿装置进行技术改造，而对于新建风电场，应在建设之初就提前做好无功补偿装置的设备选型、施工工艺等工作，选用合适的无功补偿装置不仅对风电场的电压水平有利，还能避免无功功率在电网中大量传输，减小损耗。
SVG是无功补偿领域的重要技术分支，应用了当前世界上最先进、最复杂的补偿技术，实现了无功补偿方式的本质改变，在稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波、减少占地面积等方面性能卓越。在应用SVG时，应该在满足系统电压和无功调节的前提下，结合工程实际情况因地制宜，进行全面的技术经济比较，对补偿方案进行优化选择，降低工程造价，找出最适合风电场实际情况的SVG无功补偿方案，避免出现不必要的投资和损失。
参考文献：
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