風電場無功補償方式的比較

1.風力發電發展現狀

　　當前，我國的能源結構以常規能源（煤、石油和天然氣）為主，由于常規能源的不可再生性，使得能源的供需矛盾日益突出。作為可再生能源的風能，“取之不盡、用之不竭”。發展風力發電，改善傳統的能源結構，實現能源多元化，緩解對有限礦物能源的依賴與約束，是我國能源發展戰略和調整電力結構的重要措施之一。

　　根據《風電場接入電網技術規定》，應在風電場加裝適當容量的無功補償裝置，無功補償裝置應具有自動電壓調節能力。風電場配置的容性無功補償容量除能夠補償并網點以下風電場匯集系統及主變壓器的感性無功損耗外，還要能夠補償風電場滿發時送出線路的全部感性無功損耗；配置的感性無功補償容量能夠補償風電場送出線路的全部充電無功功率。

　　2.無功補償方式

　　動態無功補償方式有TCR型、MCR型和SVG型三種。

　　2.1 MCR型動態無功補償裝置

　　2.1.1原理

　　三相飽和電抗器的工作繞組并聯在電網上，通過改變飽和電抗器的直流控制繞組的勵磁電流，借以改變鐵心的飽和特性，從而改變工作繞組的感抗，達到改變其所吸收的無功功率的目的。

　　2.1.2占地面積

　　由于MCR沒有像TCR一樣采用晶閘管閥組以及空心相控電抗器，而是采用晶閘管控制部分飽和式電抗器，因此，比TCR面積要小。

　　2.1.3響應速度

　　MCR型SVC的響應速度一般在100～300ms之內。

　　2.1.4損耗

　　可控電抗器在額定負載時，鐵芯工作在磁飽和區域，在這種結構下，磁飽和時的邊緣效應顯著，由于磁閥交替飽和，在磁閥附近鐵芯區域存在較大的橫向磁場分量，因此增了電抗器鐵芯和繞組的附加損耗，通常約為2%～4%。

　　目前，MCR經過不斷的技術革新，損耗也有所下降，但是始終不會低于鐵芯式電抗器的額定損耗。鐵心式電抗器的國家標準，按照其容量不同，額定損耗一般為1.2～2%之間。因此，實際運行中，小于5萬Mvar的MCR式動態補償的損耗不會小于1.8%。

　　2.1.5諧波電流

　　如電抗器部分投入，電抗器與負荷產生的諧波將同時出現。

　　2.1.6運行噪音大、振動大

　　由于鐵芯式飽和電抗器的固有特點，因此實際運行過程中噪音很大，振動很厲害。

　　2.1.7無功控制范圍小

　　飽和電抗器屬于非線性元件，使得工作繞組的電流不能有效跟隨控制繞組（勵磁繞組）電流的變化而變化，也即補償的無功功率有過補和欠補現象發生。為了抑制過補償現象，設計時把控制電流限制為鐵心完全飽和時電流的0.85以下，也就是說MCR的無功控制范圍在0～85%之間，而不是0～100%之間。

　　2.1.8應用

　　MCR型SVC在0.38kV可有效的配合電容投切較適用。MCR型SVC設備技術門檻較低，損耗較大，在中壓段應用很少。

　　2.2 TCR型靜止型動態無功補償裝置(SVC)

　　2.2.1原理

　　設備由TCR和 FC兩部分組成，FC向系統提供固定的容性無功并濾除高壓母線上的各次諧波；TCR為晶閘管串聯電抗器裝置，由控制系統實時跟蹤負荷變化來改變晶閘管觸發角從而向系統提供實時可變的感性無功。容性無功和感性無功的相位相反，二者相加將改變無功變化量，從而達到抑制電壓波動、提高功率因數等作用。FC是直掛于高壓母線下多組固定不變的濾波器，其濾波阻抗曲線固定不變，能將負荷變化過程產生的變化的諧波有效濾除，達到國標要求；TCR快速跟蹤負荷變化。

　　2.2.2占地面積

　　由于TCR式SVC采用高壓晶閘管閥組以及空心式相控電抗器，以及FC濾波器組，因此相應占地面積較大。

　　2.2.3響應速度

　　TCR+FC型SVC設備動態部分為采用的是晶閘管相控電抗器， SVC動態部分的響應時間小于10ms，且為平滑調節，足以滿足負荷動態無功補償快速、精確的要求。

　　2.2.4諧波的治理

　　TCR+FC型SVC設備，通過FC部分設置與電網特征諧波相同的濾波器對諧波進行濾除。

　　2.2.5三相不平衡的治理

　　將不對稱的電流進行分解，可以得到正序和負序電流，其中負序電流將使電力系統中以負序電流為起動元件的許多保護及自動裝置產生誤動作。

　　由于負序及正序的相序相反，注入旋轉電機后產生附加電動力，引起振動及附加損耗。

　　SVC設備采用STEINMETZ理論，可以有效地治理三相不平衡問題，減小不平衡度。

　　當不平衡負荷中每相間負荷既有有功Pab、Pbc、Pca，又有無功Qab、Qbc、Qca時，相間無功可用角接補償網絡來補償，不平衡有功可以用另外兩個相間電納來平衡。補償后的電路中，電流是完全平衡的，且功率因數為1。

　　STEINMETZ理論不僅能夠提高功率因數，而且具有良好的分相調節能力，抑制負序電流達70%以上。

　　2.2.6設備損耗

　　SVC設備直接安裝在高壓側，工作電流小，經統計，TCR型SVC設備的平均損耗為設備補償容量的0.5%。

　　2.2.7調節特性

　　TCR+FC型SVC通過調節晶閘管的觸發角來改變TCR的無功輸出， TCR觸發精度可以小于0.1電角度，所以可以得到線性平滑的無功輸出。

　　2.2.8應用

　　TCR+FC型SVC設備廣泛應用在電力系統、冶金、煤礦、電氣化鐵路等行業。

　　2.3 SVG+FC型動態無功補償裝置

　　2.3.1原理

　　SVG+FC型原理就是專指由自換相的電力半導體(IGBT、IGCT等)橋式變流器來進行動態無功補償的裝置。SVG可以根據負載特點和工況，自動調節其輸出的無功功率的大小和性質（容性或者感性）。因此，從本質上講，SVG可以等效為大小可以連續調節的電容或電抗器。