中小容量调相机用于风电场无功补偿的可行性分析
吴文波 李积霞 蒲太平
【摘 要】研究了中小容量调相机在风电场的应用。首先结合新能源接入电网后对电网的影响分析了电网的需求，然后研究了不同无功补偿装置的工程应用情况，比较了不同设备的性能特点及经济性，提出了用于风电场的中小容量调相机应具有的性能特点。 【期刊名称】《机电信息》 【年(卷),期】2019(000)030 【总页数】2
【关键词】调相机；风电场；无功补偿；脱网；电压跌落；中小容量
0 引言
大力发展风电和光伏发电等新能源已成为国内外共识。新能源大量接入电网后，带来了系统的转动惯量大幅降低、风电机组缺乏连续低电压穿越能力、低频减载失效等诸多问题。对于频率、电压突变耐受能力弱且普遍不参与调频调压的新能源来说，容易引发联锁脱网，对系统稳定造成更大的冲击[1-3]。
1 市场前景
近年来，风电机组联锁脱网事故频繁发生。针对历次大规模风机脱网故障的分析均表明，风电场动态无功调节能力不足引起的风电系统电压波动或失稳是造成风机大规模联锁脱网的重要原因。在风电场配置动态无功补偿装置是提高风电汇集地区无功电压控制能力的重要技术手段。目前风电场在规划设计阶段均按照《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T 19963—2011）等标准要求配置了一定容量的无功补偿装置。
2 三种动态无功补偿装置的工程应用情况
动态无功补偿装置主要包括发电机、调相机、静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）等，由于电网对动态无功补偿设备的占地面积、响应速度以及智能化的要求不断提高，目前，电网中主要考虑安装的是调相机、SVC及STATCOM设备。 2.1 调相机
调相机与发电机结构相同，在需要时向系统快速提供或吸收无功功率。在我国电网发展过程中，系统功角和电压稳定问题突出，通过在受端电网配置调相机来提高系统稳定性。20世纪80年代以来，500 kV电网发展加快，受端电网装机容量快速增加，调相机逐渐退出了电网。 2.2 静止无功补偿器（SVC）
静止无功补偿器（SVC）作为一种静止的并联无功发生或者吸收装置，是在机械投切式电容器和电抗器的基础上，采用大容量晶闸管代替机械开关而发展起来的。
目前总共有大约30套SVC装置在国内电网得到应用，其中直挂电压等级最高达到66 kV，容量为360 Mvar。国内SVC技术已经得到广泛应用。 2.3 静止同步补偿器（STATCOM）
自20世纪80年代L.Gyugyi提出STATCOM概念以来，其受到了各国普遍重视。日本、美国、德国和法国等国的大公司和研究机构，先后研制了各种容量等级的STATCOM装置，并已在电力系统中实际运行。目前我国在河南、上海电网均有STATCOM运行。
3 三种动态无功补偿设备的性能特点及经济性对比
3.1 三种设备的主要技术及性能指标 3.1.1 调相机
通过升压变或变电站第三绕组接入电网，占地面积小，100 Mvar的调相机占地约205 m2。调相机具有励磁调节系统，可以在系统出现低电压时进行强励控制，因此其动态无功补偿能力最强。调相机还能向系统提供短路电流，可加强弱受端系统电压支撑能力，但也可能加剧负荷中心短路电流问题。因为是旋转设备，相较于SVC和STATCOM，有运行复杂、需维护运行人员的缺点。但目前国内的电机设备制造厂商正在研制新型的调相机，将提高调相机的次暂态瞬时无功输出能力、暂态无功响应速度及过载能力，同时还具备少维护和无人值守的特点。 3.1.2 SVC
可以快速调节无功，解决电网扰动下电压波动、振荡问题，主要用于大型工矿企业接入电网、大规模风电集中接入变电站、存在较弱阻尼动态稳定问题的输电网中。SVC一般安装于变压器第三绕组侧，占地规模随容量大小变化，一套100 Mvar的SVC占地约1 000 m2，SVC可实现无功的快速连续调节（ms级），但其无功出力与电压平方成正比，在电压水平较低区域，其作用无法充分发挥。
3.1.3 STATCOM
与SVC类似，可以快速调节无功出力，主要用于需要无功/电压快速调节的区域。STATCOM一般安装于变压器第三绕组侧，占地规模较小，一套100 Mvar的STATCOM占地约600 m2，可实现无功的快速连续调节（ms级）。STATCOM具有恒电流源特性，其无功出力与电压呈线性关系，与同容量SVC
中小容量调相机用于风电场无功补偿的可行性分析
