动态无功补偿SVG在风电输电系统中的应用(共4页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上动态无功补偿SVG在风电输电系统中的应用黄江华广东粤电湛江风力发电有限公司摘要：风能是一种清洁能源,但电能质量及安全稳定性不是很理想。为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题,各个风电场都采取了各种方式来提高风电场并网运行稳定性,SVG是目前最先进的无功补偿技术,它在风电场的应用,极大地提高了风电场的运行稳定性。应用动态无功补偿SVG进行风电场输出电压的改造，实现了电网电压稳定性的要求，改善电压质量，提高供电设备的功率因数，减少输电线路无功消耗，降低了电网对风电企业的经济考核。关键词：无功补偿；SVG；风电；输电系统引言风电作为一种可再生的绿色能源，发展迅速，风力发电的

2、输出功率受风速影响很大，输出功率不稳定，具有波动性和间歇性。我国风电装机容量大、集中度高、大规模并网运行影响电网的安全性、稳定性。目前风功率预测水平难以满足电力系统实际的运行需要。本文针对实际运行中有功功率输出波动大、无功需求量大且变化相对较快时，单依靠电容器组快速投切不能满足控制要求的问题，提出了无功补偿装置改造的方案及运行效果。一、 SVG的基本原理静止无功发生器是一种用全控型电力电子器件实现变流的静止无功补偿装置，也成为高级静止无功补偿器，或静止同步补偿器。SVG电路有电压型桥式和电流型桥式2种类型，在实际应用中由于运行效率的原因，迄今投入使用的SVG大多为电压型，它的结构简单，能力损耗

3、小，成本低且易控制。典型的电压型桥式基本组成电路如图1所示：图1 电压型SVG电路原理图 电压型SVG电路由6个全控型开关器件（T1-T6）、二极管桥式整流器及电容C储能元件组成，SVG电路交流侧经电抗器L、变压器TM与电力网相连作为其输出端，根据电网无功功率变化情况，通过控制器控制6个全控型开关器件构成的三相逆变器向系统输入感性或容性无功功率。SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联到电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无工补偿的目的。图1的等效电路如图2所示。SVG等效为一个电压源

4、，其等效电阻为RS；L为变压器和电抗器的等效电抗值。由图2可知，SVG向电力网注入的无功功率式中：US为系统电压，RS为逆变器等效电阻；为CVG输出电压UI和US的夹角。由式（1）可知，通过调节的大小，就可以控制SVG注入电网的无功功率。图2 SVG单相等效电路二、 SVG的优势在风电场无功补偿装置的选择过程中，为了满足电网的要求及对风电场风机机组的保护，设计单位对SVC和SVG无功补偿的进行了详细比较。SVG对比SVC有以下技术优势：（1） 响应时间更快。SVG响应时间小于等于5ms；TCR型SVC响应时间小于等于10ms；MCR型SVC响应时间小于等于200ms。相比之下，SVG比SVC可

5、在更短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换。（2） 抑制电压闪变能力更强。SVC对电压闪变的抑制最大可达2:1，SVG对电压闪变的抑制可以达到5:1，甚至更高。SVC受到响应速度的限制，其抑制电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加，而SVG由于响应速度极快，增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。（3） 运行范围更宽。SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作，比SVC的运行范围宽很多。单SVC需要在正负全范围运行时，需要TCR或MCR和FC配合使用，整个装置损耗较大，占地面积也较大。更重要的是，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流，而SVC

6、输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变弱。（4） 补偿功能多样化。SVG可以实现不同的多种补偿功能，可单独补偿无功、谐波、负序，也可同时进行综合治理，所以SVG具有强大的补偿功能。SVC并不具备多种功能的综合。（5） 损耗小。SVG损耗是同容量MCR型SVC的20%，是同容量TCR型SVC的25%。（6） 占地面积较小。由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积通常只有相同容量SVC的50%，甚至更小。 通过以上比较可以看出，SVG相比SVC技术上更先进、占地更少，因此在风电场的设计中，无功补偿装置越来越多的考虑采用了

7、SVG技术。三、宁夏长山头风电场输电现状宁夏长山头风电场安装66台新疆金风750kV的鼠笼式异步发电机，风电场装机容量为4.95万kW。110kV变电站现有150MWA主变压器一台，110/10kV两个电压等级，变电站出线有1回至电网恩和220kV变电站，线路约长24.5km，10kV出线现有9回，为单母线接线。主变低压侧配置了容量为23.9MVar的并联式集合电容器组，每次投切容量均是3.9MVar，投切方式是根据电压情况进行投切，不具备动态调节要求。不能满足无功电压控制系统控制无功输出，不满足对并网点电压的控制要求。在电网短路故障电压跌落期间，风电机组继续发出有功功率，为保证风电机组不脱网

8、，需要吸收无功功率。因此需要具有动态无功补偿装置输出动态无功功率。110kV电压输出曲线图如图1。长山头风电场输出电压在110.5-114.5kV之间变化，并且大部分时间内电压低于113kV，并且不能满足电网电压、动态调节及响应时间的要求。电网要求110kV电压值变化在113.5-116kV之间，风电场出口电压为恒电压运行模式，110kV电压合格率应达到99.80%。风电场应确保无功补偿装置的动态部分能够自动调节，电容器、电抗器支路在紧急情况下应快速正确投切。固定电容器组不能动态调节改变自身无功输出，电压控制不能满足电网电压的变化，且随着风电场的大规模并网，一旦电网出现故障，单个风电场出现脱网

9、，可引起整个电网风电场机组脱网，严重影响电网安全稳定运行。为了整个电网安全稳定运行，电网公司要求风电场具有动态无功补偿，否则进行严重的经济考核。因此长山头风电场无功补偿系统需要进行升级改造，实现动态调节，满足电网要求。四、宁夏长山头风电场动态无功补偿技术改造的实施为了实现长山头风场电压及动态调节的要求，将原固定电容器组改造为无功发生器（SVG）动态无功补偿装置，解决目前存在的问题。长山头风电场风机部分感性无功损耗约为3.14MVar，箱变部分无功损耗为2.97MVar，集电线路部分无功损耗约为2.46MVar，主变部分感性无功损耗约为5.25MVar，送出线路一半感性无功损耗约为0.18MVa

10、r。根据以上容量计算，长山头风电场采用静止无功发生器，型号为：PCS-9583-HSVG-Y10-12，简称SVG，SVG装置额定补偿容量为-12（感性）12Mvar（容性）无功连续可调。保护装置使用SPC641（电容器保护），出线开关柜内CT更换为3只干式电流互感器（LZZBJ9-10-1000/5 10P30/0.5/0.2S），综合自动化系统为南自晋能自动化有限公司的PS600系统。本套动态无功补偿装置改造完成后，110kV输出电压曲线，显示的电压范围在114.5-116kV之间，满足了电网电压113-116kV的变化，实现了（1）无功控制系统对并网点电压的控制具有电压稳定的作用；（2）

11、响应时间不大于5ms；（3）具有短时过载能力，过载无功补偿容量为成套装置总容量的10%、时间持续3min开始报警，过载无功补偿容量为成套装置总容量的20%、时间持续1分钟保护停机；（4）提高了110kV母线考核点的实时功率因素（高于0.95）；（5）调节速度快、调节平滑、切换损耗低。五、 动态无功补偿改造在风电场中的意义（1）实施SVG改造后，长山头风电场输出电压实现了AVC控制系统，并且实现了实际电压和目标电压追踪控制。（2）通过应用SVG进行无功补偿改造后，满足了电网无功动态调节、无功控制系统、电压合格率要求。电网出现故障时，电压瞬间发生跌落，风电场可以迅速输出无功功率，保证风场内风电机组

12、不脱网，确保电网安全，并且满足了电网要求，避免了电网经济考核，每年为企业节约196万元。（3）通过应用SVG进行无功补偿改造后，当电网系统故障或负荷突增时，快速提供动态无功支撑，确保母线电压稳定，防止发生暂态电压崩溃，改善了系统电压稳定性。（4）由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗，每年节约线损费用约35万元。确保了110kV/10kV母线电压维持恒定运行，提高了变压器、输电线路、风电机组的功率因数。（5）对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。参考文献：1 邓忠梅.王建波.电力系统的电压质量与电压调整.科技论坛.2013.042 钟凯骏.浅议动态无功补偿装置SVG在地铁供电系统中的应用.铁道勘测与设计.2012.053 张军.宁夏电网电压调整浅析.宁夏电力.2013.084 项诗丽.杨超平.贺凯文.等抑制宁夏电网高压电措施研究.2014.115 孙穗荣.浅谈变电站电压及无功的综合控制.农村电工.2012.12专心-专注-专业