大型并網風電場和光伏電站內動態(tài)無功補償的應用技術分析

1、第42卷第16期2014年8月16日電力系統(tǒng)保護與控制PowerSystemProtectionandControlVO142NO16Aug16，2014大型并網風電場和光伏電站內動態(tài)無功補償的應用技術分析鄭海濤，鄭昕，吳興全，姚天亮(中國能源建設集團甘肅省電力設計院，甘肅蘭州730050)摘要：為了研究并網風電場和光伏電站內應用全容量SVG(statiCVarGenerator)動態(tài)無功補償的必要性和特別要求，重點從調節(jié)特性與響應速度

2、等性能指標對比研究了SVC(statiCVarCompensator)和SVG兩種型式的動態(tài)無功補償裝置。針對甘肅已并網多個新能源項目，分析了大型風電場升壓站在無功配置方案和無功補償設備運行方面存在的誤區(qū)和一些細節(jié)問題，并結合典型事故進一步分析了電網故障情況下SVG對系統(tǒng)無功和電壓的支撐作用。同時，研究了集中并網光伏電站內SVG的選型和典型電氣接線方案以及SVG在實際工程應用中的常見故障問題，對類似工程具有指導意義。關鍵詞：風電場；光伏

3、電站；SVC；SVG；無功配置；存在問題TechnicalanalysisofdynamicreactivepowercompensationequipmentappliedinlargescalegridconnectedwindpowerplantandphotovoltaicsubstationZHENGHal—tao，ZHENGXin，WUXing—quan，YAOTian—liang(EnergyConstructionGro

4、upGansuElectricpowerDesignInstitute，Lanzhou730050，China)Abstract：Inordertostudythenecessityandspecificationrequirementsofstaticvargenerator(SVG)dynamicreactivepowercompensationappliedinlargescalegridconnectedwindpowerpla

5、ntandphotovoltaicsubstation，thispapercomparativelystudiesthetwokindsofreactivepowercompensation，iestaticvarcompensatorandstaticVargeneratorintermsofregulationcharacteristics，responsespeedandotherperformanceindicatorsForg

6、ridconnectednewenergyprojectsinGansuProvince，itanalyzessomedetailsandmisunderstandingsaboutreactivepowerconfigurationandreactivepowerdeviceoperatingexperienceofwindpowerplantAnditresearchesvoltagesupportandreactivepowero

7、fSVGtopowersystemundergridfailurecondition，combinedwithanalysisoftypicalaccidentcaseMeanwhile，SVGselection，typicalwiringprogramandcommonfailureproblemsofcentralizedgridconnectedphotovoltaicsubstationinpracticalengineerin

8、gapplicationsarestudied，whichisbenefittosimilarprojectsKeywords：windpowerplant；photovoltaicsubstation；SVC；SVG；reactivepowerconfiguration；existingproblems中圖分類號：TM61文獻標識碼：A文章編號：16743415(2014)16—0149—060引言2008～2013年，甘肅風電和光伏

9、發(fā)電產業(yè)快速發(fā)展，積累了豐富的新能源項目建設和運行經驗。2013年底，甘肅電網已并網的風電和光伏裝機容量分別約700萬kW和430萬kW。隨著并網風電和光伏容量的與日俱增，含大規(guī)模風電和光伏電力系統(tǒng)調度運行亟需解決既要讓新能源電站盡可能多發(fā)電，又要保證電網安全穩(wěn)定運行[17]的問題。因為風電的出力特點是隨機性大，時有時無，光伏的出力特性是晴天時白天有夜問無，周期性強，但多云天氣時也是時有時無，所以二者對電網而言都屬于多變、沖擊性負荷，新

10、能源并網功率的變化必然引起并網點電壓的頻繁波動L8J，尤其是在電網故障時，直驅風機和光伏并網逆變器都存在低電壓穿越過程，不能提供足夠的無功，可能導致系統(tǒng)電壓的長時間、大幅跌落，誘發(fā)新能源電站出現大面積脫網事故，例如：酒泉風電基地“224”風機脫網事故，風電脫網比例達到風電裝機容量的544％。為了提高含大容量風電和光伏電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和改善電網電能質量，靜止無功補償器(StaticVarCompensator，SVC)和靜止無功發(fā)生器

11、(StaticVarGenerator，SVG)動態(tài)無功補償裝置在大型風電場和光伏電站得到廣泛應用，特別是SVG新技術迅速崛起，呈現逐步取代SVC的趨勢。鄭海濤，等大型并網風電場和光伏電站內動態(tài)無功補償的應用技術分析13SVC與SVG性能指標比較表1對比結果，全容量SVG能夠實現容性～感性動態(tài)連續(xù)可調，響應時間快，無功電流維持能力強，工作效率高等優(yōu)點，完全占據優(yōu)勢。至于技術復雜、價格較高、對環(huán)境和散熱要求較高等問題，隨著技術的發(fā)展和制造

12、工藝的進步都可以解決。表1性能指標對比表Table1Performancecomparisontable2動態(tài)無功補償裝置應用技術分析21規(guī)范中相關要求NB／T310032011《大型風電場并網設計技術規(guī)范》要求：并網點電壓應能控制在額定電壓的一3％～7％范圍內，風電場無功調節(jié)速度應能滿足電網電壓調節(jié)需要，必要時加裝動態(tài)無功補償裝置。QGDW392—2009《風電場接入電網技術規(guī)定》要求：風電場應配置無功電壓控制系統(tǒng)實現對并網點電壓的控

13、制，調節(jié)速度和調節(jié)精度應滿足電網電壓調節(jié)要求。GB／T199642012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》要求：光伏逆變器功率因數在超前095滯后095范圍內動態(tài)可調，不能滿足系統(tǒng)電壓調節(jié)需要時，應集中加裝適當容量的無功補償裝置，必要時加裝動態(tài)無功補償裝置。綜上，現行規(guī)范沒有強制推行全容量SVG，但提到必要時加裝動態(tài)無功補償設備，隨著對電網動態(tài)無功補償必要性的深入認識和規(guī)范修訂，將來存在將SVG的應用寫入標準的可能性。22甘肅風電和光伏

14、的無功補償方式221典型無功補償配置方案選取具有代表性的甘肅已并網大型風電場和光伏電站無功補償配置方案列于表2中。表2典型無功補償配置方案Table2Typicalreactivepowercompensationschemes由表2看出，MCR、TCR、SVG三種型式的動態(tài)無功補償裝置在并網風電場和光伏電站中都有運用。但在不同場站配置方案存在差異，MCR、TCR多存在于2010年以前的并網項目，2012年后全部選擇全容量SVG，總體來

15、看，近兩年容性無功功率的最大補償比例有所提高。由于受器件和造價的影響，在此之間也出現過“FCSVG”的組合方案。222性能參數實測分析文獻[14—15]針對MCR、TCR、SVG三種型式動態(tài)無功補償裝置的無功功率調節(jié)范圍、動態(tài)響應時間、諧波含量進行了實測，測試結果如表3所示。表3性能參數測試結果Table3Performanceparametertestresults分析得出主要結論：①SVG和TCR的響應時間均為毫秒級，滿足不大于30