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風電場無功補償相關問題及解決辦法

    隨著經濟的快速增長和社會的全麵進步 ，我國的能源供應和環境汙染問題越來越突出 。開發和利用可再生能源的需求更加迫切 。風能作為可再生能源中最重要的組成部分和唯一經濟的發電方式 ，由於其清潔無汙染 、施工周期短 、投資靈活 、占地少 ，具有良好的社會效應和經濟效益 ，已受到世界各國政府的高度重視 。隨著風力發電技術的快速發展和國家在政策上對可再生能源發電的重視 ，我國風力發電建設已進入了一個快速發展的時期 。

　　我國風資源較豐富 ，但適合大規模開發風電的地區一般都處於電網末端 ，由於此處電網網架結構較薄弱 ，因此大規模風電接入電網後可能會出現電網電壓水平下降 、線路傳輸功率超出熱極限 、係統短路容量增加和係統暫態穩定性改變等一係列問題。隨著風電場規模的增大 ，風電場與電網之間的相互影響越來越大而係統對風力發電係統的要求也越來越嚴格 。對風電係統主要的兩個要求是正常運行狀態下的無功功率控製和故障狀態下的穿越能力 。

　　一般來說 ，風電場的無功功率需求來自於兩個方麵 ：風機與變壓器 。其中變壓器的無功損耗又分為正常運行時的繞組損耗和空載運行時的鐵心損耗 。無論是否運行 ，隻要變壓器與主網聯接 ，鐵心的勵磁無功損耗總是存在的 。

　　風力發電係統中 ，風力發電機是能量轉換的核心部分 ，風力發電機係統按照發電機運行的方式來分 ，主要有恒速恒頻風力發電係統和變速恒頻風力發電係統兩種 。

　　對於恒速恒頻發電機組 ，普遍采用普通異步發電機 ，這種發電機正常運行在超同步狀態 ，轉差率s為負值 ，電機工作在發電機狀態 ，且轉差率的可變範圍很小(s<5%) ，風速變化時發電機轉速基本不變 。在正常運行時無法對電壓進行控製 ，不能象同步發電機一樣提供電壓支撐能力 ，不利於電網故障時係統電壓的恢複和係統穩 ；發出的電能也隨風速波動而敏感波動 ，若風速急劇變化 ，感應電機消耗的無功功率隨著轉速的變化而不斷變化 。由於恒速恒頻發電機組自身不能控製無功交換並且需要吸收一定數量的無功功率 ，因此通常在機組出口端並聯電容器組 ，但是單純地依賴常規的補償電容器是無法滿足無功功率補償要求 ，可能會引起風電機組發出電能質量問題 ，如電壓閃變 、無功波動以及故障條件下的穿越能力 。因此 ，恒速恒頻發電機組需要靜止無功補償裝置來優化其在正常條件和故障狀態下的運行 。在工程中通常采用靜止無功補償器SVC或STATCOM來進行無功調節，采用軟起動來減小起動時發電機的電流 。恒速恒頻發電機組適合用於小功率 ，通常不高於600kW的係統 。

　　對於變頻恒速風電機組，其采用電力電子變頻器 ，通過一定的控製策略可對風電機組有功 、無功輸出功率進行解耦控製 ，即可以分別單獨控製風電機組有功 、無功的輸出 ，具備電壓的控製能力 。變頻恒速風電機組在運行時可以將功率因素提高 ，但在小於額定功率發電時往往功率因數較低 ，其自身的無功補償能力仍無法滿足係統要求 。因此 ，不論是停機(變壓器消耗無功)還是非滿功率發電都會消耗無功 ，需要加裝靜止無功補償裝置以滿足係統需求 。變頻恒速風電機組適合用於大功率 ，通常大於1MW的係統 。