本文講述了靜止型動態(tài)無功補償裝置在風電系統(tǒng)中的重要性，以及茂明風電場無功補償設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、功能、參數(shù)和特點，以及調(diào)試及運行狀況。

風電場無功補償裝置的選型

風力發(fā)電機在正常運行時，向電網(wǎng)輸送的電能是隨風力的大小而變化的，因此要求無功隨負荷的變化而變化的。這就要求無功補償裝置必須按照實際需要進行自動投切。

如果風力發(fā)電機在滿載時匹配固定補償電容器，在空載或輕載時，將出現(xiàn)過補償，發(fā)電效率下降，電網(wǎng)電壓升高，直接影響電氣設(shè)備安全運行及壽命；如果風力發(fā)電機在空載或輕載時匹配固定補償電容器，在滿載時達不到較為理想的無功補償要求，在風機停機解列時，同樣會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高。

風電機組一般還配有大量的變壓器、架空集電線路，也會消耗大量的容性無功，因此，風電場有必要配置動態(tài)無功補償裝置，以調(diào)節(jié)風電場無功功率。

目前，動態(tài)無功補償裝置主要有TCR (晶閘管控制電抗器)型SVC、MCR (磁控電抗器)型SVC、電壓型無功自動補償成套裝置等類型，均能滿足風電運行需要，性能上TCR 型SVC 最優(yōu), 具有快速抑制(響應(yīng)時間10ms) 電壓波動, 節(jié)約能源, 能平滑的控制無功負荷的允許波動, 負荷穩(wěn)定, 目前國內(nèi)應(yīng)用較廣，基于MCR 的SVC目前應(yīng)用還不廣泛, 其可靠性還需進一步調(diào)研。

電壓型無功自動補償成套裝置價格相對******, 可靠性也能滿足要求, 抑制電壓波動的速度相對較慢，不能滿足風電場運行要求。其余的幾種應(yīng)用較少。

因此綜合考慮技術(shù)成熟程度及性能優(yōu)勢，我風場選用了榮信電力電子有限公司生產(chǎn)TCR (晶閘管控制電抗器)型SVC 無功自動補償成套裝置, 以適應(yīng)風電場變化快, 滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需求。

茂明風場一期工程為4.95MW，送出線路為220kV,在風場內(nèi)建設(shè)220kV升壓站，主變按遠期規(guī)劃容量為100MVA，根據(jù)電網(wǎng)要求及電力系統(tǒng)無功補償配置技術(shù)原則，220kV變電站的無功補償裝置容量應(yīng)按主變?nèi)萘康?0%——25%配置。綜合考慮風場負荷（兩期為99MW），按茂明風場負荷20%配置無功補償容量計算，在主變35kV側(cè)布置一組動態(tài)無功補償，其容量為20 Mvar。

TCR型SVC的工作原理

TCR型 SVC20世紀80年代開始在我國投入使用。主要由控制柜、可控硅閥組（TCR）、相控電抗器、電容器及濾波電抗器（FC）組成。工作原理為根據(jù)檢測將補償電容設(shè)計成濾波支路形式全部投入,控制器通過光纜傳輸信號控制晶閘管的導(dǎo)通角,從而控制電抗器電感無功輸出量抵消過補的電容無功，以達到補償目的。

TCR的基本結(jié)構(gòu)是兩個反并聯(lián)的晶閘管和電抗器串聯(lián)，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，控制TCR的電流以達到控制其無功功率大小。

如圖一所示，電容器提供固定的容性無功Qc，控制系統(tǒng)根據(jù)負荷無功計算并通過晶閘閥組控制補償電抗器通過的電流調(diào)節(jié)補償電抗器輸出感性無功QTCR 的大小，使得電容器產(chǎn)生的容性無功和負荷及電抗器產(chǎn)生的感性無功相抵消，只要能做到系統(tǒng)無功Qn=QF(負荷無功)-Qc+QTCR=常數(shù)(或0)，則能實現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動。

其關(guān)鍵是通過晶閘管變流裝置和控制系統(tǒng)準確采集母線的無功電流值和電壓值，合成無功值，和所設(shè)定的恒無功值(可能是0)進行比較，計算得晶閘閥觸發(fā)角大小，通過晶閘管觸發(fā)裝置使晶閘管流過所需電流。

華能茂明風場TCR型SVC參數(shù)

茂明風場TCR有效補償容量為20Mvar；可實現(xiàn)無功在0-20MVar范圍內(nèi)可調(diào)。

主要設(shè)備包括：TCR部分、FC部分、控制部分。

TCR內(nèi)配備相控電抗器三臺，其三相有效補償容量為20MVar，額定工作電壓為35kV；晶閘管閥組一套（共180支），通過觸發(fā)柜光電觸發(fā)，并配有阻容吸收回路、均壓回路、換向過電壓保護和擊穿保護電路。

FC濾波部分分為 ：H3濾波成套裝置，容量為13920kVar；H5濾波成套裝置，容量為14280kVar；均由濾波電抗器、濾波電容器組成。 其電容器即是濾波回路的組成部分也是容性無功的提供者。

控制系統(tǒng)由控制柜、脈沖柜和功率單元三部分組成，可以監(jiān)視及控制主要設(shè)備，并對主要設(shè)備進行保護，并顯示各設(shè)備實時運行狀況，記錄各類故障報警。

該無功補償裝置的優(yōu)點是反應(yīng)迅速，能夠達到對晶閘管的同時觸發(fā)。對于不對稱負荷能夠分相調(diào)節(jié)，消除負序電流，平衡三相電網(wǎng)，節(jié)約能源，能夠平滑的控制無功負荷的允許波動，負荷穩(wěn)定，可連續(xù)調(diào)整無功出力；在系統(tǒng)發(fā)生短路故障情況下，SVC的動態(tài)無功調(diào)節(jié)能力可以加快故障切除后風電場內(nèi)部和接入點電壓的恢復(fù)過程；在風速變化情況下可以使風電場電壓的波動明顯降低，

FC濾波回路還能夠有效地夠消除了自身及風機運行過程中產(chǎn)生的高頻諧波。

茂明風電場無功補償?shù)目刂撇呗?/span>

茂明風場無功補償采用恒功率因數(shù)方式，電壓電流取樣點為升壓站主變220kV側(cè)電壓、電流。控制采用開、閉環(huán)結(jié)合的控制方式。開環(huán)以滿足SVC控制器的響應(yīng)時間，確保系統(tǒng)對電壓波動和閃變抑制的要求。閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)被控TCR電流精度，以確保功率因數(shù)的穩(wěn)定?？蓪崿F(xiàn)三相同時控制、分相控制和三相平衡化等多種控制方式。

正常運行時，電容器全部投入運行，TCR接入35kV母線，無功補償控制器接收到風場無功參數(shù)后，經(jīng)過計算，可實現(xiàn)和功率因數(shù)運行，自動通過晶閘管調(diào)節(jié)無功補償?shù)膭討B(tài)容量。

因風場無功補償控制器安裝在晶閘閥，為了更好的監(jiān)控無功補償狀態(tài)，通過RS232接口接入南瑞自動化系統(tǒng)，能夠在主控室很好的監(jiān)視到無功補償?shù)倪\行狀態(tài)，及各項運行參數(shù)。

茂明風電場配置無功補償?shù)谋匾蕴接?/span>

華能內(nèi)蒙古茂明風電場一期工程是華能新能源公司在內(nèi)蒙古西部地區(qū)投產(chǎn)的******個風電項目。

本工程總裝機容量為49.5MW，采用由東方汽輪機廠生產(chǎn)的FD70B型1500kW雙饋式異步風力發(fā)電機。從茂明風電場運行中看，風機能夠按照定功率因數(shù)運行，監(jiān)測風機發(fā)出的電能質(zhì)量也較好，滿足安全穩(wěn)定的要求。

主要是因為，風機自身在設(shè)備配置上采取了無功補償及消諧措施，可以定功率因數(shù)運行，通過參數(shù)調(diào)整，還可以發(fā)出一定容量的容性無功，因此，在風機正常發(fā)電時，不投入無功補償，也能保證輸出的電能質(zhì)量達到電網(wǎng)的要求。但這并不意味著配置無功補償裝置沒有必要。

風電場每臺風機均配備一臺35kV/690V的箱式變壓器，并且采用架空集電線路輸送至升壓站，大量的變壓器及線路會消耗大量的容性無功，因此，配備無功補償主要是補償變壓器及線路的無功損耗。

茂明風電場輸電線路接入內(nèi)蒙望海變電站，該變電站接入了四家風力發(fā)電場，裝機總?cè)萘拷?50MW。由于配置風電容量較大，造成望海變電能質(zhì)量較差，受風的影響較大，負荷調(diào)節(jié)能力較弱，因此當負荷變化較大時，或風電場突然切除，容易瞬時降低電網(wǎng)的電壓，從而導(dǎo)致出現(xiàn)電壓穩(wěn)定問題。

當電網(wǎng)電壓波動較大時，風機出于自我保護，將切除負荷，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量更加惡劣，所以需要配置反映迅速的無功補償裝置，使其具有足夠的無功吞吐調(diào)節(jié)能力和動態(tài)支撐，有效提高電壓穩(wěn)定裕度；在發(fā)生電網(wǎng)電壓波動時，能夠及時調(diào)節(jié)，以加強電場運行的穩(wěn)定性。

調(diào)試中注意的問題

1 散熱問題

晶閘管閥組的發(fā)熱量很大，而閥組室因防塵等需要是封閉的，因此除了閥組單元本體配備的散熱器外，還要配備一主一備兩臺大功率空調(diào)。

閥組控制系統(tǒng)有溫度故障保護，當溫度大于正常運行溫度時，自動彈出“溫度保護”動作告警，當溫度降低后才可重新啟動SVC設(shè)備。因此，運行當中要加強對閥組室的巡檢，如發(fā)現(xiàn)溫度高，盡快做出散熱措施（開備用空調(diào)等），以防止因溫度過高造成SVC設(shè)備跳閘。

2 晶閘管擊穿故障

在調(diào)試過程中，晶閘管是整個系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)故障的元件，曾多次發(fā)生晶閘管擊穿故障，當晶閘管擊穿數(shù)量少于整定值（茂明風場為3個）時報警，但SVC系統(tǒng)還可正常運行，當超過整定值時，SVC報故障并立即跳閘。檢查晶閘管兩端電阻值是否正常，如正常，檢查阻容吸收電路電阻阻值是否正常。

在本工程調(diào)試過程中，晶閘管實際擊穿的次數(shù)較多。 主要原因是電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，而晶閘管的設(shè)計容量偏小（400A），后將所有晶閘管更換（700A）后問題得以解決。

無功補償裝置的運行情況

從我風場目前無功情況看，設(shè)備運行良好，多臺風機投入運行后，均能控制良好的無功輸出，具備良好的無功調(diào)節(jié)效果。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時能夠有效的消除電壓波動對風機的影響。

通過華能茂明風電一期的基建安裝、調(diào)試過程，以及SVC型靜態(tài)無功補償裝置的調(diào)試、試運，我們對風力發(fā)電系統(tǒng)無功補償?shù)闹匾杂辛烁鼮樯羁痰恼J識，無功補償裝置的可靠運行及配置，對風電場安全、穩(wěn)定、高效運行具有十分重要的作用。