对比风力发电领域无功补偿装置的效果

对比风力发电领域无功补偿装置的效果
摘要：目前，风电场中无功补偿装置的作用在近些年来风电问题不断暴露的情
况下显得越来越重要，在这种情况下只有合理有效的运用先进的无功补偿装置才
能够使已经出现的问题得到有效的解决，并对可能出现的问题加以预防。

基于此，本文首先介绍了无功补偿装置的发展情况，主要包括三个方面：电容器固定补偿、静止无功补偿装置SVC、静止无功发生器SVG，之后详细分析了静止无功发生器SVG的结构，最后对链式SVG与传统SVC以及电容固定补偿相比所具有的优势，
主要包括三个方面：响应速度非常快、具有较好的低电压特性、具备优越的谐波
特性。

希望能够为以后的研究工作提供一些参考。

关键词：风力发电；无功补偿；SVG
近些年来，我国的风力发电取得了快速的发展和巨大的进步，但是与此同时
一些积累多年的问题也开始暴露出来。

比如风机存在较大的出力波动，从而导致
电压随之出现比较明显的波动。

另外，风力发电具有比较强的间歇性和随机性，
不能进行有效的控制，从而导致难以进行有效的调度。

而以往在风电场中广泛应
用的动态无功补偿装置不能根据相关的要求进行自动调节，在这种情况下一些风
电机组无法低穿越，从而导致风电机组脱网，之后系统电压会因此大幅上升，进
而引发过电压保护动作跳闸，造成大面积的风电机组停止工作，使故障影响进一
步扩大。

1.无功补偿装置的发展情况
1.1电容器固定补偿
上世纪70年代使用的最为广泛的无功补偿方式就是电容器固定补偿，不过随着电力电子技术的快速发展和应用，再加上电力部门考核要求的不断提高，对于
系统的无功的变化电容器固定补偿已经不能满足，与此同时由于系统在运行过程
中会出现谐波，而电容器补偿会进一步放大谐波，从而造成非常大的安全隐患，
现阶段这种补偿方式已经基本淘汰[1]。

1.2静止无功补偿装置SVC
静止无功补偿装置SVC是第二代无功补偿装置，这种装置主要由晶闸管控制，能够使无功调节的响应速度大幅提高，但是其仍然是阻抗型装置的一种，系统参
数会对其补偿功能产生很大的影响，并且与电容器固定补偿存在相同的缺陷，就
是会进一步发达系统产生的谐波。

实际上可以把静止无功补偿装置SVC当作是动
态的无功源。

以接入电网的实际要求为依据，SVC能够提供无功给电网，同时还
能够将电网中过多的无功进行吸收。

在电网中接入电容器组，就能够提供无功给
电网，而SVC中并联的电阻器则能够吸收电网中多余的无功。

在SVC中存在一个
可控硅阀组，这个装置能够有效的控制空心电阻器的电流。

具体来说就是通过调
整可控硅触发相角，能够使空心电阻器中流过的电流发生改变，从而使该点的电
压能够被SVC在电网接入点的无功量正好稳定在规定的范围内。

电容器的开关在
进行投切的过程中会产生大约10倍以上的涌流，这会对设备的安全产生极大的
威胁。

并且其调节方式为离散式，导致过补以及欠补等现象很容易发生，与此同
时还会导致电压出现波动。

SVC能够自动投切滤波支路，这样虽然能够使无功功
率的补偿容量得到调节，但是会对滤波效果产生很大的影响。

通常情况下SVC的
相应时间为40毫秒到60毫秒之间，这对钢铁行业负载的快速变化情况难以进行
有效的跟踪，最终导致无法达到补偿效果。

因此，SVC的应用场合应该具备以下
三个特点：电压波动较小、谐波变化不明显以及负载变化比较平稳[2]。

1.3静止无功发生器SVG
静止无功发生器SVG是第三代动态无功补偿装置，SVG一方面能够将无功发出，另一方面又能够将无功吸收，是一种能够进行双向调节的动态无功补偿装置。

SVG能够对系统无功的需求变化进行快速的跟踪，从而使系统的稳定性和安全性
得到有效的提高。

另外其调节过程平滑连续，能够使实时高功率因素保持稳定。

SVG还具有源滤波功能，能够对谐波进行有效的抑制。

同时还能够对三相不平衡、电压闪变等问题进行有效的抑制，在输电系统中枢纽点的电压支撑以及调节中非
常适合应用SVG这种动态无功补偿装置，它能够使输电系统的稳定性和安全性得
到有效的提高，同时还能够使电能质量得到明显的改善，最终使节能降耗的目的
得以实现[3]。

2.静止无功发生器SVG的结构
静止无功发生器SVG的结构主要分为三种，分别是链式结构、多电平结构以
及多重化结构。

现阶段由于电力电子器件的容量有限，因此要想使装置的容量有
效的提高，就需要采用链式结构逆变器、多电平逆变器以及多重化变流器等比较
复杂的电路结构。

目前，链式结构逆变器这种结构应用的最为广泛。

3.链式结构逆变器
作为一种新型的多电平逆变器结构，链式结构逆变器通常为串联在一起的多
组逆变器，通过对各个逆变器导通角的有效控制，就能够产生一种阶梯波，这种
阶梯波类似于正弦波。

链式SVG可以进行独立分相控制，这样能够使系统的相间
平衡问题得到有效的解决。

链式SVG具有完全相同的链节结构，便于进行模块化
设计，从而使装置的容量得到有效的扩展，并且还能够更加方便的进行维修。

另外，链式SVG能够将1-2个冗余链节设置在每一相电路中，从而使装置的可靠性
得到提高，与此同时由于连接压气被省略，从而使占地面积大幅减小，进而使装
置的成本和损耗大幅降低[4]。

除此之外，在链式SVG中没有大型的变压器和电抗器，所以能够将其制造可移动设备，从而使设备的使用率得到很大的提高。

与传
统的SVC、以及电容器补偿相比，链式SVG具有以下几个方面的优势：一是响应
速度非常快。

不同的器件其响应时间也存在差异，在传统的SVC中采用的是可控硅，这种器件开关一次的时间大约为10毫秒，而在链式SVG中采用的是IGBT，
这种器件开关一次的时间只有10微秒左右。

两者相比可以看出SVG的响应速度
明显快于SVC。

而响应速度更快的SVG在进行同样的补偿时，能够取得更好的补
偿效果；二是具有较好的低电压特性。

电抗器和电容器是构成SVC的主要元件，
也就是实际上SVC还是阻抗型器件的一种，因此应该使用Q = U2 /R这个公式来
计算SVC的输出无功。

而SVG的电流源特性输出无功则应该使用Q = U* I这个公
式进行计算，并且基本上不会受到系统电压的影响。

也就是说SVG除了响应速度
比较快之外，其还具有较好的低电压特性，因此在动态补偿效果相同的情况下，SVC需要更大的容量，大约是SVG的1.3倍左右；三是具备优越的谐波特性。

链
式SVG是串联在一起的多组逆变器，通过对各个逆变器导通角的有效控制，就能
够叠加一系列的方波，从而产生一种阶梯波，这种阶梯波类似于正弦波。

另外在
实际的应用过程中为了使谐波进一步减小，通常还会采用PWM脉宽调制。

相关
的实验研究数据表明，35千伏的链式SVG只输出了不超过0.6%In的谐波电流。

结束语：
综上所述，链式SVG作为目前先进的无功补偿装置，与传统的电容固定补偿
以及SVC相比具有压倒性的优势，它不仅能够降低系统的运行损耗，同时还能够
显著的提升系统的运行安全性，在未来的风力发电中必将继续发挥非常重要的作
用。

参考文献：
[1]张春玲，吴永智，刘海波，et al.动态无功补偿装置SVG在风电场运行可靠性分析[J].祖国，2017（17）：125-125.
[2]肖世华.浅析无功补偿装置在风力发电场的应用[J].环球市场，2016（32）：223-223.
[3]孟祥东[1]，辛力坚[2].风电场无功补偿装置技术改造[J].内蒙古电力技术，2016，34（2）：43-47.
[4]郎福成，齐欣，王宇鹍，等.风电并网静止无功补偿技术研究[J].电工材料，2016（2）：20-23.。