風(fēng)電并網(wǎng)無(wú)功電壓控制發(fā)展動(dòng)向

背景 

　　風(fēng)力發(fā)電作為目前世界上可再生能源開(kāi)發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開(kāi)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(yuǎn)地區(qū)居民用電問(wèn)題等方面的突出作用，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視并得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。

　　根據(jù)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)將在甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、河北、吉林和江蘇建立七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地，預(yù)計(jì)到2015年要建成5808萬(wàn)千瓦，2020年要建成9017萬(wàn)千瓦，占全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘康?8%。由于我國(guó)陸上風(fēng)能資源主要集中于“三北”地區(qū)，因此對(duì)于位于電網(wǎng)末端的風(fēng)電基地，除了具有常規(guī)風(fēng)力發(fā)電的共性問(wèn)題以外，還存在許多特殊的個(gè)性問(wèn)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(wú)功電壓?jiǎn)栴}是風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行關(guān)注的主要問(wèn)題之一，需要采取措施對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功電壓進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。

　　發(fā)展現(xiàn)狀 

　　早期的風(fēng)電機(jī)組主要采用異步發(fā)電機(jī)，它們不具備維持和調(diào)節(jié)機(jī)端電壓水平的能力，在運(yùn)行時(shí)還要從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，相應(yīng)地，風(fēng)電場(chǎng)需要裝設(shè)固定進(jìn)行補(bǔ)償，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了SVC和STATCOM等動(dòng)態(tài)無(wú)功，風(fēng)電場(chǎng)就采取固定電容+動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的方式對(duì)無(wú)功進(jìn)行控制。

　　近年來(lái)，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的電壓穩(wěn)定而進(jìn)行的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題一直是電力企業(yè)和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)關(guān)心的熱點(diǎn)。在此背景下，國(guó)內(nèi)逐漸開(kāi)展了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制技術(shù)的研究，包括風(fēng)電機(jī)組無(wú)功控制技術(shù)研究、風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置研究、FACTS裝置協(xié)調(diào)控制等方面。

　　（1）風(fēng)電機(jī)組無(wú)功控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

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

　　（2）風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置研究現(xiàn)狀

　　為適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要，適用風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置已發(fā)展出多種類(lèi)型，它們的所需成本不盡相同，對(duì)電網(wǎng)電壓的暫態(tài)特性影響也不一樣。

　　①并聯(lián)電容器

　　并聯(lián)電容補(bǔ)償可用斷路器連接至電力系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給容性的無(wú)功功率。并聯(lián)電容具有投資省，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、容量可任意選擇、實(shí)用性強(qiáng)；缺點(diǎn)是：(1)并聯(lián)電容器補(bǔ)償是通過(guò)電容器的投切實(shí)現(xiàn)的，因調(diào)節(jié)不平滑呈階梯性調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)運(yùn)行中無(wú)法實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償狀態(tài)。采用電容器分組投切方式時(shí)，無(wú)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。(2)電容器的投切主要采用真空斷路器實(shí)現(xiàn)，其投切響應(yīng)慢，不宜頻繁操作，因而不能進(jìn)行無(wú)功負(fù)荷的快速跟蹤補(bǔ)償。如果使用晶閘管投切電容器組來(lái)代替用真空開(kāi)關(guān)投切電容器組，解決了開(kāi)關(guān)投切響應(yīng)慢和合閘時(shí)沖擊電流大的問(wèn)題，但不能解決無(wú)功調(diào)節(jié)不平滑以及電容器組分組的矛盾，同時(shí)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(jià)。(3)由于開(kāi)關(guān)投切電容器是分級(jí)補(bǔ)償，不可避免出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償狀態(tài)。根據(jù)無(wú)功與電壓關(guān)系，過(guò)補(bǔ)償時(shí)會(huì)引起電壓升高，欠補(bǔ)償時(shí)感性負(fù)荷引起電壓降低。(4)電壓下降時(shí)急劇下降，不利于電壓穩(wěn)定，投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓脈沖。電容器發(fā)出的無(wú)功功率與電壓的平方成正比，在低電壓時(shí)輸出的無(wú)功功率減少，而這時(shí)顯然需要更多的無(wú)功，如果不能及時(shí)供給無(wú)功，將導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓水平下降。

　　②有載調(diào)壓變壓器