風電并網(wǎng)無功電壓控制發(fā)展動向

背景 

　　風力發(fā)電作為目前世界上可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，由于其在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠地區(qū)居民用電問題等方面的突出作用，越來越受到世界各國的重視并得到了廣泛的開發(fā)和利用。

　　根據(jù)我國風電發(fā)展規(guī)劃，我國將在甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、河北、吉林和江蘇建立七個千萬千瓦級風電基地，預計到2015年要建成5808萬千瓦，2020年要建成9017萬千瓦，占全國風電裝機總?cè)萘康?8%。由于我國陸上風能資源主要集中于“三北”地區(qū)，因此對于位于電網(wǎng)末端的風電基地，除了具有常規(guī)風力發(fā)電的共性問題以外，還存在許多特殊的個性問題，包括系統(tǒng)穩(wěn)定、輸送能力、調(diào)頻調(diào)峰和電量消納等，其中無功電壓問題是風電場并網(wǎng)運行關(guān)注的主要問題之一，需要采取措施對風電場無功電壓進行有效調(diào)節(jié)。

　　發(fā)展現(xiàn)狀 

　　早期的風電機組主要采用異步發(fā)電機，它們不具備維持和調(diào)節(jié)機端電壓水平的能力，在運行時還要從系統(tǒng)吸收無功功率，相應(yīng)地，風電場需要裝設(shè)固定進行補償，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了SVC和STATCOM等動態(tài)無功，風電場就采取固定電容+動態(tài)無功補償裝置的方式對無功進行控制。

　　近年來，針對風電場的電壓穩(wěn)定而進行的無功補償問題一直是電力企業(yè)和相關(guān)研究機構(gòu)關(guān)心的熱點。在此背景下，國內(nèi)逐漸開展了對風電場無功控制技術(shù)的研究，包括風電機組無功控制技術(shù)研究、風電場無功補償裝置研究、FACTS裝置協(xié)調(diào)控制等方面。

　?。?）風電機組無功控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

　　隨著風電技術(shù)的發(fā)展，風電機組從原來的不具有無功控制能力發(fā)展到能夠輸出一定的無功。目前，雙饋式異步風力發(fā)電機組和永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組是主流的機型，雙饋式異步風力發(fā)電機組通過控制實現(xiàn)有功/無功的解耦，具備一定的動態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出的能力；而永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組由于通過全容量與電網(wǎng)連接，則能夠靈活地對無功進行控制。這兩種風力發(fā)電機組都具備以恒電壓模式工作的能力，可以在一定程度上實現(xiàn)對無功和電壓的控制。

　　（2）風電場無功補償裝置研究現(xiàn)狀

　　為適應(yīng)不同場合的需要，適用風電場的無功補償裝置已發(fā)展出多種類型，它們的所需成本不盡相同，對電網(wǎng)電壓的暫態(tài)特性影響也不一樣。

　?、俨⒙?lián)電容器

　　并聯(lián)電容補償可用斷路器連接至電力系統(tǒng)的某些節(jié)點上，并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給容性的無功功率。并聯(lián)電容具有投資省，運行經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、容量可任意選擇、實用性強；缺點是：(1)并聯(lián)電容器補償是通過電容器的投切實現(xiàn)的，因調(diào)節(jié)不平滑呈階梯性調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)運行中無法實現(xiàn)最佳補償狀態(tài)。采用電容器分組投切方式時，無功補償效果受電容器組分組數(shù)和每組電容器容量的制約。(2)電容器的投切主要采用真空斷路器實現(xiàn)，其投切響應(yīng)慢，不宜頻繁操作，因而不能進行無功負荷的快速跟蹤補償。如果使用晶閘管投切電容器組來代替用真空開關(guān)投切電容器組，解決了開關(guān)投切響應(yīng)慢和合閘時沖擊電流大的問題，但不能解決無功調(diào)節(jié)不平滑以及電容器組分組的矛盾，同時由于采用了大功率的電力電子器件，也大大提高了系統(tǒng)的造價。(3)由于開關(guān)投切電容器是分級補償，不可避免出現(xiàn)過補償和欠補償狀態(tài)。根據(jù)無功與電壓關(guān)系，過補償時會引起電壓升高，欠補償時感性負荷引起電壓降低。(4)電壓下降時急劇下降，不利于電壓穩(wěn)定，投入時會產(chǎn)生尖峰電壓脈沖。電容器發(fā)出的無功功率與電壓的平方成正比，在低電壓時輸出的無功功率減少，而這時顯然需要更多的無功，如果不能及時供給無功，將導致系統(tǒng)的電壓水平下降。

　　②有載調(diào)壓變壓器