我國風(fēng)資源較豐富,但適合大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的地區(qū)一般都處于電網(wǎng)末端,由于此處電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較薄弱,因此大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后可能會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓水平下降、線路傳輸功率超出熱極限、系統(tǒng)短路容量增加和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性改變等一系列問題。
我國風(fēng)資源較豐富,但適合大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的地區(qū)一般都處于電網(wǎng)末端,由于此處電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較薄弱,因此大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后可能會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓水平下降、線路傳輸功率超出熱極限、系統(tǒng)短路容量增加和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性改變等一系列問題。
隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的增大,風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的相互影響越來越大而系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求也越來越嚴(yán)格。對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)主要的兩個(gè)要求是正常運(yùn)行狀態(tài)下的無功功率控制和故障狀態(tài)下的穿越能力。
一、無功補(bǔ)償概念
無功功率補(bǔ)償Reactive power compensation,簡(jiǎn)稱無功補(bǔ)償,在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用,降低供電變壓器及輸送線路的損耗,提高供電效率,改善供電環(huán)境。無功補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式:把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路,能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。
這樣,感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備包括并聯(lián)電容器組、靜止同步補(bǔ)償器和靜止無功補(bǔ)償器(SVC)、STATCOM等。
二、《國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中對(duì)無功功率的要求
1)當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在不同的輸出功率時(shí),風(fēng)電機(jī)組的可控功率因數(shù)變化范圍應(yīng)在-0.95~+0.95之間。同步發(fā)電機(jī)的功率因素控制在-0.95~+0.95需要?jiǎng)?lì)磁裝置有功率因素調(diào)節(jié)的相關(guān)功能。
2)風(fēng)電場(chǎng)無功功率的調(diào)節(jié)范圍和響應(yīng)速度,應(yīng)滿足風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)的要求。原則上風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站高壓側(cè)功率因數(shù)按1.0配置,運(yùn)行過程中可按-0.98~+0.98控制。
3)風(fēng)電場(chǎng)的無功電源包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的無功補(bǔ)償裝置。首先應(yīng)當(dāng)充分利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功容量及其調(diào)節(jié)能力,如果僅靠風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功容量不能滿足系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要,則需要考慮在風(fēng)電場(chǎng)加裝無功補(bǔ)償裝置。風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置可采用分組投切的電容器或電抗器組,必要時(shí)采用可以連續(xù)調(diào)節(jié)的靜止無功補(bǔ)償器或其他更為先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置。
由于同步發(fā)電機(jī)能夠提供一定的無功容量,因此在風(fēng)電場(chǎng)的無功補(bǔ)償裝置的容量需要相應(yīng)地減小,一般來說最好不要使用分組投切電容器,宜使用SVC和STATCOM。
三、無功補(bǔ)償裝置
國內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)中常用的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方式是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)出口安裝并聯(lián)電容器組或在風(fēng)電場(chǎng)母線集中安裝并聯(lián)電容器組。并聯(lián)電容器補(bǔ)償是通過電容器的投切實(shí)現(xiàn)的,呈階梯性調(diào)節(jié),無法實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償狀態(tài),且動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償效果受電容器組分組數(shù)和每組電容器容量的制約,響應(yīng)速度慢。
我國在新疆達(dá)坂城第一次采用了SVC進(jìn)行機(jī)端補(bǔ)償,將SVC安裝在風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的出口處,以風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)母線處的電壓偏差來控制SVC的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)倪B續(xù)性和有效性,能夠穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)電壓,降低風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響。在風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用中,分別采用了靜止無功補(bǔ)償器SVC補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)電機(jī)組和用電容器組進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)電機(jī)組模型來進(jìn)行實(shí)驗(yàn),表明SVC補(bǔ)償型風(fēng)電機(jī)組較電容器組補(bǔ)償型風(fēng)電機(jī)組具有快速平滑調(diào)節(jié)無功功率的能力。
SVC補(bǔ)償型機(jī)組具有快速調(diào)節(jié)無功功率的能力,SVC裝置對(duì)機(jī)端電壓都有一定的支撐能力。風(fēng)電場(chǎng)升壓變壓器低壓側(cè)裝SVC,可以減輕風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)過程中對(duì)系統(tǒng)的沖擊,實(shí)現(xiàn)了恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的柔性并網(wǎng)。含SVC雙饋風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)輸出特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在電網(wǎng)側(cè)故障后,SVC將提高雙饋風(fēng)電機(jī)組的出口電壓,并增大向系統(tǒng)提供的短路電流,從而使DFIG出口處低壓保護(hù)的動(dòng)作靈敏度降低、過流保護(hù)的動(dòng)作靈敏度有不同程度的提高。