国网宁夏电力有限公司调度控制中心 宁夏银川 750001
摘要：电力系统无功电源是保证电力系统稳定不可或缺的主要组成部分，尤其是随着电子设备在电网中的不断应用，需要更多的无功功率来提高电力系统的运行效率，为了解决上述问题带来的技术难题，本论文分析现阶段电力系统中主要采用的无功控制手段，并提出适合高比例新能源送端电网的无功控制技术，为高比例新能源直流外送电网提供安全运行环境，促进新能源的高效消纳。
关键词：无功控制；风电机组功角特性；新能源消纳
1风电机组功角特性
目前，双馈风电机组（DFIG）通常采用矢量定向控制实现功率解耦控制，主要包括电网电压定向控制和定子磁链定向控制。当采用电网电压定向控制时，发电机转子角度通过跟踪电网电压相角实现闭环控制，因此不会出现功角稳定问题；当采用定子磁链定向时，主要利用发电机磁场关系实现功率解耦，此时发电机转子角度需要通过计算获得，若计算速度或精度不足，在出现扰动时，可能引起功角失稳。因此，当DFIG采用定子磁链定向时，应考虑静态功角稳定对其无功调节容量的约束。
由于DFIG是同步化的异步电机，其静态稳定特性与同步电机相似。如果输入的机械功率大于电磁功率，在不考虑储能等附加措施的情况下，多余的能量必然会体现在功角的增大上，系统将通过增大功角来实现多余能量的调节。在DFIG功角超过90°时，如果系统遇到小扰动，就会像同步电机一样面对静态稳定被破坏的问题。因此，有必要考虑静态稳定裕度对DFIG无功功率极限的影响。图1为DFIG的功角特性示意图。
由式（3）可以发现，DFIG的电磁功率表达式与同步隐极机一致。
2新能源电站无功功率控制基本原则
2.1 新能源电站无功功率控制基本原则
根据国家标准《风电场接入电力系统技术规定》和《光伏发电站接入电力系统技术规定》的要求，新能源电站要充分利用风电机组和光伏逆变器的无功容量及其调节能力，当风电机组/光伏逆变器的无功能力不能满足电压调节需要时，应在新能源电站集中配置动态无功补偿装置。此外，在低电压穿越过程中，风电场应具备动态无功支撑能力。因图2以风电场无功控制系统为例给出了新能源电站无功控制系统的基本控制思路。
图2 风电场无功控制示意图
（1）在电网正常运行或发生小扰动时，以维持并网点电压在合理范围为目标，优先使用新能源电站发电设备的无功输出能力，当站内发电设备的无功输出不能满足电网电压调节要求时，再调用新能源电站配置的动态无功补偿装置的无功调节能力；
（2）在电网发生故障进入暂态过程时，新能源发电设备可能进入低电压穿越控制过程，由于风电机组/光伏逆变器参与无功控制需要通过多级通讯实现，具有较长的延时，无法满足暂态无功支撑的要求，为了保证电压尽快恢复，应利用新能源电站配置的动态无功补偿装置提供无功支撑。
2.2 新能源电站无功功率控制系统结构
在电网正常运行或发生小扰动时，新能源电站无功功率控制过程可分为两个环节，无功需求整定和无功分配，如图3所示为光伏电站无功控制系统结构。
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图3 光伏电站无功控制架构
新能源电站无功需求整定环节主要确定新能源电站无功功率输出参考值，该环节通过比较新能源电站并网点实测电压与参考电压的偏差得到电站无功需求变化。无功分配环节将新能源电站无功参考值分配到电站内风电机组/光伏逆变器。
在电网发生故障时，故障恢复过程中，若新能源电站的动态无功补偿装置容量足够，则仅由动态无功补偿装置提供无功支撑；若新能源电站的动态无功补偿装置容量不足，根据图3的架构调节站内发电设备的无功功率。
3 无功控制控制策略
3.1新能源电站无功控制基本思路
新能源电站无功控制包括两种情况：
（1）电网故障；
（2）电网正常运行及小扰动。
在电网故障情况下，主要由SVG、SVC等动态无功补偿承担无功支撑；在电网正常运行及小扰动情况下，主要由新能源电站内发电设备参与无功调节。本节主要针对第二种情况开展研究。
随着新能源数据采集与监控管理系统的发展和完善，电站监控平台能够实时获取风电场内的拓扑结构以及控制单元的运行信息，并对控制单元下发指令进行远程控制。因此，新能源电站无功控制的基本思路是以电站在线实时监测数据为基础，根据上级调度下达的并网点电压控制指令，综合考虑电站内多无功源在时间尺度和空间粒度的协调配合，通过求解多目标优化模型从而获取当前断面下新能源电站内最优的无功分布。
3.2算法实现
新能源电站无功控制目标应综合考虑新能源发电设备的机端电压和各种无功源无功裕度，通过优化得到使新能源发电设备端电压相对合理、无功裕度相对均衡、动态补偿设备无功裕度相对较大的新能源电站无功控制方案。基于上述考虑，以风电场无功控制为例，建立风电场无功优化控制系统数学模型。
风电场无功控制的目标函数，
参考文献
[1]Prabha Kundur,电力系统稳定与控制，北京：中国电力出版社，2001.19～27.
[2]盛四清，邱昊，张文朝，张振宇，等. 考虑稳态和动态有功平衡约束的新能源消纳综合评估方法[J]. 电力系统保护与控制，2019,47（10）：51-56.
[3]刘华志，李永刚，王优胤，等. 无功电压优化对新能源消纳的影响[J]. 电工技术学报，2019,11（34）：645-653.
作者简介：
孙原，男，1986年8月，汉族，大学本科，中级工程师，现从事电力系统调控运行