风电场电气一次部分的无功补偿技术
风电场电气一次部分的无功补偿技术
摘要：风能是重要的清洁能源，属于可持续利用能源，但是风力发电过程中存在间接性以及不稳定性，尤其是风电场并网的时候很有可能出现突发状况，导致电能质量下降。因此，在风力发电过程中，必须要加强对风电场无功补偿技术的应用。风电场无功补偿技术是目前风电场生产运行过程中的重要技术，可以对风电场的电压波动现象进行改善，同时，还能提高风电场的母线电压、发电机的稳定性，为风电场并网提供坚实基础。
关键词：风电场；风力发电；电气一次部分
一、风电场无功电压自动控制系统设计
1.1无功补偿技术的类型
1.1.1同步调相机
由于变压器和异步电动机是主要的电力系统负载，因此这些设备也是最主要的无功功率的吸收部分，而同步调相机就是利用同步电机在过励磁状态时对超前电流的吸收来改善电网质量的。但是由于机械类设备因此需要的功率较大，而且转速后期维护费用较高。
1.1.2固定投切电容器
电力电容器结构简单、运行可靠，也是电力系统中的重要组成部分，通过机械设备的投切、分接头转换可以稳定电压。随着风力发电技术的不断应用，风力发电厂越来越多，发电规模也越来越大，生产耗能升高，机械投切的弊端也开始逐渐显现出来，即调节速度变慢，甚至还可能出现调节失灵。
1.1.3静止无功补偿
静止无功补偿简称SVC，是目前应用较为广泛的技术。可以实现无功功率的连续控制，能够通过发出或者吸收无功功率来实现动态补偿，目前已经在石油化
工、冶金、风电等得到了广泛的应用，有着很大的技术发展潜力。SVC控制系统
最大的特点是利用的瞬时无功理论的算法，快速的实现了无功补偿的计算，让后
将脉冲形成电路的触发脉冲经过电光转换传递到脉冲功率单元，通过调节晶夹管
导通角的大小来实现无功输出容量的控制，可靠性以及抗干扰性非常强。
1.1.4静止同步补偿器
静止同步补偿器技术的基本原理是将补偿装置并联到电网中，可以理解为在
电路中绑定一个根据电网的负荷情况来控制电流大小的无功电源，从而对电气系
统的无功补偿进行自动控制。静止同步补偿技术的安全性和稳定性较高，而且还
能实现连续和动态控制。
1.2无功电压自动控制系统
由于风电场的情况比较特殊，在无功补偿系统设计过程中，需要配置一套完
整的远程控制设备，实现对电气系统的远程动态无功补偿控制。由于在系统中加
载的很多异步风力发电机属于感应型设备，本身就需要无功补偿，所以在无功电
压控制系统设计过程中，一般都采用自动控制模式，无功电压自动控制系统是确
保电网减少无功损耗的重要装置。无功电压自动控制系统分为上层与下层。上层
是系统控制层，这一层是综合调度系统，其作用是对风力发电厂的电压和无功功
率进行协调与控制，这一层的设备主要是主机、事件打印机、工程师工作站等，
不同的设备之间进行连接时采用以太网，可以在设备之间传输数据信息。为了提
高系统的稳定性和可靠性，可以在主机上采用双机冗余装置方式。下层设备控制
层与系统之间的连接也是通过以太网实现的，下层设备控制层的作用主要有两个
方面，第一，风机侧的就地无功动态补偿控制，第二，变电站集中电压无功控制。下层设备控制层主要对风力发电机组电压、无功功率以、功率因素等参数进行控制，通过相应的计算，可以计算出无功补偿的容量、方式等，从而改善电压质量，保持电压稳定，降低电网损耗。
1.3无功电压自动控制原理分析
通过调节动态电压调节器就可实现对系统中的电容器、电抗器的控制，让这
两个设备的输出电压得到控制，对系统的无功功率进行调节。在这个系统中，电
压补偿装置没有固定的接入到某个分组中，所以很大程度地降低了系统的损耗，
稳定电压效果较好。系统实现动态无功补偿的基本原理是通过晶夹管投切电容组
来实现的，投切电容器组可以实现无涌流、电弧重燃、暂态冲击等现象，而且响
应的时间较短，可根据配电系统的电荷变化，实现对动态投切电容器组的自动调节，实现稳定电压的目的，改善系统功率因数。
1.4无功电压自动控制的系统参数
（1）控制目标、控制时间。风电场的电气一次无功补偿技术是为了对系统
的无功损耗进行控制，确保机组的电压输出达到电网的要求，根据生产经验可知，一般都可以将无功功率的因数控制在0.95～0.95之间，将电压的调节范围控制
为3%～7%左右，就地无功功率的控制响应时间不超过20ms，变压器中的无功功
率控制响应时间不超过4ms。
（2）运行环境和网络技术参数。无功电压控制系统的运行稳定性和安全性
与外界环境有关，外界环境的温度最好控制在-45℃～+45℃之间，环境湿度控制
在70%以下，环境的污秽等级必须保持在III级以下。由于系统的网络数据传输
采用星状网络拓扑结构，传输速率必须要保证在100M及以上。
（3）系统运行保护的技术规范。风电场的无功补偿系统运行过程中必须要
具备自动控制功能，当系统出现电压过压、欠压等现象的时候，能够自动切断电
容器；当电网缺相、零序超限的时候，可自动切除电容器；重新上电的时候要进
行自检、复位，保持上电时回路处于断开的状态。
二、风电场电气工程无功电压自控控制系统的应用要点
2.1设计无功电压自动控制系统
想要达到对远方风电场动态无功补偿的有效控制，就要在设计无功电压自动
控制系统时引入远程控制的一系列设备，由于一些感性型异步风力发电过程自身
涉及无功补偿需求，因此在保证无功电压自动控制技术发挥出谐波分析、电压分析、电网无功的作用时，要合理进行科学配置。具体操作中，综合调度系统处于
无功电压自动控制系统上层，功能作用体现在对风电场无功功率与电压进行控制、
协调，此系统由打印机、工程师工作站、主机等设备组成，数据的传输和共享通
过以太网实现，一般情况下，采取双机冗余装置处理主机，能够进一步增强系统
稳定性以及可靠性。
2.2无功电压自控控制的基本应用原理
风电场电气系统对动态电压调节器的控制，达到有效控制电抗器、电容器目的，进而控制电抗器、电容器的电压输出，调节系统内产生的无功功率。电压补
偿装置在系统中并未在某个分组内固定接入，因此显著减少了系统整体损耗，可
更好稳定电压。以晶夹管投切电容组达到动态无功补偿效果，暂态冲击、电弧重燃、无涌液等现象均可以借助投切电容器组达到良好控制效果，仅需要较短的响
应时间，便能够结合配电系统发生的电荷变化情况，对无功电压自控控制系统内
的功率因数进行充分改善。
三、结语
随着风力发电技术的不断发展应用，当前风力发电已经成为电力行业中的主
要形式。在风力发电过程中必须要做好无功补偿，尽量减少无功功率，提高风力
发电效率。风电场无功电压控制系统主要体现在两个方面，一个是集中无功电压，一个是就地无功电压，通过相应的技术，对电压控制系统进行设计，可以实现无
功补偿目的，是风力发电未来发展的主要方向。
参考文献：
[1]电气自动化控制中无功补偿技术的应用[J].方爱秋.自动化应用.2021(10)
[2]电力自动化中的智能无功补偿技术的应用[J].陈红刚,吴南群,潘忠潮.集
成电路应用.2021(01)
[3]电力自动化中智能无功补偿技术的应用[J].黄大立.新型工业化.2020(11)
[4]一例无功补偿技术改造的成功实例[J].李建军,龚炳林.农村电
工.2021(12)
风电场无功补偿计算
风电场无功补偿计算 摘要：电力系统的无功平衡和无功补偿是保证电压质量的基本条件之一，是保证系统安全稳定运行和经济运行的重要保障。随着风力发电在电力能源中所占比例增大，大规模风电场并网运行后，其无功补偿对局部电网的调教作用将更加明显。本文分析了影响风电场无功平衡的几个重要因素，虑影根据某风电场风机出力情况，计算风电场升压站的无功缺额，提出了无功配置建议。 关键词：风电场、无功补偿 1、引言 近年来我国风电产业取得了巨大进步，随着风电技术的日益成熟，风电已从过去的自发自用、独立运行的小型风力发电机发展成为多机联合并网运行的大型风力发电场。然而，风能的随机性和不可控性决定了风电机组的出力具有波动性和间歇性的特点：且风机大多为异步发电机，其运行特性与同步机有本质的区别。因此，大风电接入系统和远距离输送，往往存在无功平衡、电压稳定、输电通道允许的送电容量问题，有时会制约风电的发展【1、2】。风机为异步机，需吸收无功来发出有功。现大风机多为交流励磁双馈电机，采用恒功率因素控制模式的双馈电机能够提供一定动态无功支持，但其无功调节能力有限【3】。交流励磁双馈电机变速恒频风力发电技术是目前最有前景的风力发电技术之一，已成为国内、外该领域研究的热点。此方案最大的优点是减小了功率变换器的容量，降低了成本，且可以实现有功、无功的独立灵活控制。但其核心技术掌握在国外制造商手中，出厂风机的功率因素固定，不易在运行中进行调整，现阶段风电场的功率因素调节一般都为机组停机后进行调节，因此有必要对风电场的无功补偿计算，以确定风电场的无功补偿配置。 2、无功配置容量计算 风电场的无功容量平衡一般考虑有，风机的发出无功、电缆的充电功率、升压变的无功损耗、需向主网提供的无功功率。 1）风机的无功出力 风力发电机在向系统送出有功的同时，一般也同时送出无功，由于风机类型的限制，功率因素不易在运行中进行调整，其中出厂功率因素一般整定在1，或者0.98。若发出的功率，风机的无功出力为，其值为：
风电场无功补偿装置运行规程
风电场无功补偿装置运行规程 1 主题内容与适用范围 1.1本规程规定了风电场无功补偿装置的运行方式、运行维护、巡 回检查、运行操作、异常和事故处理等。 1.2本规程适用于运行人员和生产管理人员对风电场无功补偿装置 的运行管理。 2 引用标准及参考资料 DL/T 1040-2007 《电网运行准则》 DL 755-2001 《电力系统安全稳定导则》 《电力系统调度管理规程》（2007-11-01发布） 动态无功补偿装置SVG、电容器组设备说明书 3 运行规定 3.1 设备名称 3.1.1满足电站无功需求、维持站内电压稳定的装置称为无功补偿设 备。 3.1.2无功补偿设备包括SVG、电容器组及其附属设备。 3.1.3SVG由功率柜、升压变压器、冷却设备、监控系统、配电装置、
控制系统、保护装置等设备组成（主要设备的双重编号描述）。 3.1.4电容器组由电容器、电抗器、放电线圈、控制系统、保护装置 等设备组成（主要设备的双重编号描述）。 3.2 管辖范围 石井风电场220KV升压站的35KV单母线装设一套36.4Mvar(1套±10 Mvar SVG﹢2套13.2 Mvar FC)无功补偿设备；无功补偿设备属当班值长管辖，投退无功补偿装置应按调度指令进行。 3.3 无功补偿设备投运基本要求 3.3.1应有设备试验报告、调试报告、交接验收报告及竣工图等。3.3.2应有设备出厂的试验报告、质量证书，包括必要的检测、检验报告。 3.3.3应有设备制造商提供的有效版本的设备维护手册，包括主要部件的更换说明、电气及机械图纸。 3.3.4所属设备标示齐全。 3.3.5所属设备调试、试验工作全部结束，具备投运条件。 3.4 对运行人员的要求 3.4.1接受并完成设备厂家的培训，培训成绩合格。 3.4.2熟悉设备手册中所有的安全说明和有关安装、操作和维护的规定。
风电场无功补偿装置介绍
一、风电场无功补偿装置介绍 风力发电系统的特点决定风电场必须需要加装无功补偿装置，目前常用的无功补偿装置主要有磁控式电抗器MCR、静止无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM。三种补偿装置的基本功能相似，但其在技术原理、性能指标、实施效果上有较大区别。 MCR属于第二代无功补偿装置，其基本原理是调节磁控电抗器的磁通来调节其输出无功电流，仅采用少量的晶闸管器件。其优点是：由于仅采用少量的晶闸管，其成本相对较低；关键器件为磁控电抗器，可直挂35kV电网。其缺点是：响应速度较慢（通常为秒级），输出谐波含量较大且波动范围较大，实际损耗较大（一般大于2%）。MCR产品在国内出现于上世纪90年代，由于其电抗器制造难度较大、损耗大等缺点，在国内没有得到大规模的推广。 SVC也属于第二代无功补偿装置，其基本原理是调节晶闸管的触发角度来调节串联电抗器的输出感性无功电流，其输出的容性无功电流需要通过并联电容器来解决。其优点是：技术稍先进，因采用晶闸管器件（半控型器件），响应速度较快，能够迅速连续调节系统无功功率，具有较强的动态无功补偿的能力。其缺点是：需要采用大量的晶闸管元件，成本较高；谐波含量大且波动范围大，因此需要加装不同次的滤波装置，易与系统发生谐振造成电容器爆炸或电抗器烧毁事件，大量应用易造成系统不稳定；占地面积大，施工周期较长。 STATCOM属于国际上最新的第三代无功补偿装置，其基本原理是以电压型逆变器为核心的一个电压、相位和幅值均可调的三相交流电源，可发出感性或容性无功功率。其优点是：技术先进，因采用IGBT件（全控型器件）响应速度较快，能够迅速连续调节系统无功功率，能够抑制电压波动和闪变；对系统电压跌落不敏感，可在低电压下稳定运行，具有较强定的低电压穿越能力；谐波含量很小，且不与系统发生谐振，不需要加装滤波装置；占地面积小且施工周期短；运行损耗小（1%左右）。其缺点是：需要采用大量的IGBT元件（其价格高于晶闸管），成本较高。 从系统稳定的角度来讲，对于SVC/MCR装置，其无功输出特性会随着电压的降低呈平方关系下降。在风机转速降低时，发电机需要从电力系统吸收更多的无功功率，这将导致发电机端部的电压水平继续降低。而安装在风电场的SVC/MCR装置，无功功率输出能力此时恰恰随着电压的降低大幅度减弱，导致对电网的无功功率需求继续增加。如果此时没有足够的电容器容量投入，则可能引发连锁反应，最终导致风电场的电压崩溃。与SVC/MCR相比，STATCOM 的无功控制能力不受系统电压影响，在暂态下的电压支撑能力强于SVC/MCR，因此更能满足风电场对无功补偿的需求。 从经济效益方面分析。对于49.5M的风电场，以安装12Mvar左右的无功补偿装置为例。对于提高功率因数来讲，三种补偿装置都可以将功率因数提高到0.95以上，满足系统并网要求，并且为用户减少大量的无功电费支出；在运行损耗方面，如考虑12M的补偿装置年运行小时数为6000小时，STATCOM的平均运行损耗比SVC/MCR低1%以上，则每年可减少损耗720MW.h，每年可节约运行电费36万。STATCOM占地面积小，在施工用地上可为用户节省投资。STATCOM的运行不会与系统发生谐振，补偿特性不受系统电压波动的影响，特别在系统电压突然变低时，可发挥其优越的补偿特性，对电网电压起到强有力地支撑，维持电网电压的稳定。
风电场电气一次部分的无功补偿技术
风电场电气一次部分的无功补偿技术 摘要：风能是重要的清洁能源，属于可持续利用能源，但是风力发电过程中存在间接性以及不稳定性，尤其是风电场并网的时候很有可能出现突发状况，导致电能质量下降。因此，在风力发电过程中，必须要加强对风电场无功补偿技术的应用。风电场无功补偿技术是目前风电场生产运行过程中的重要技术，可以对风电场的电压波动现象进行改善，同时，还能提高风电场的母线电压、发电机的稳定性，为风电场并网提供坚实基础。 关键词：风电场；风力发电；电气一次部分 一、风电场无功电压自动控制系统设计 1.1无功补偿技术的类型 1.1.1同步调相机 由于变压器和异步电动机是主要的电力系统负载，因此这些设备也是最主要的无功功率的吸收部分，而同步调相机就是利用同步电机在过励磁状态时对超前电流的吸收来改善电网质量的。但是由于机械类设备因此需要的功率较大，而且转速后期维护费用较高。 1.1.2固定投切电容器 电力电容器结构简单、运行可靠，也是电力系统中的重要组成部分，通过机械设备的投切、分接头转换可以稳定电压。随着风力发电技术的不断应用，风力发电厂越来越多，发电规模也越来越大，生产耗能升高，机械投切的弊端也开始逐渐显现出来，即调节速度变慢，甚至还可能出现调节失灵。 1.1.3静止无功补偿 静止无功补偿简称SVC，是目前应用较为广泛的技术。可以实现无功功率的连续控制，能够通过发出或者吸收无功功率来实现动态补偿，目前已经在石油化
工、冶金、风电等得到了广泛的应用，有着很大的技术发展潜力。SVC控制系统 最大的特点是利用的瞬时无功理论的算法，快速的实现了无功补偿的计算，让后 将脉冲形成电路的触发脉冲经过电光转换传递到脉冲功率单元，通过调节晶夹管 导通角的大小来实现无功输出容量的控制，可靠性以及抗干扰性非常强。 1.1.4静止同步补偿器 静止同步补偿器技术的基本原理是将补偿装置并联到电网中，可以理解为在 电路中绑定一个根据电网的负荷情况来控制电流大小的无功电源，从而对电气系 统的无功补偿进行自动控制。静止同步补偿技术的安全性和稳定性较高，而且还 能实现连续和动态控制。 1.2无功电压自动控制系统 由于风电场的情况比较特殊，在无功补偿系统设计过程中，需要配置一套完 整的远程控制设备，实现对电气系统的远程动态无功补偿控制。由于在系统中加 载的很多异步风力发电机属于感应型设备，本身就需要无功补偿，所以在无功电 压控制系统设计过程中，一般都采用自动控制模式，无功电压自动控制系统是确 保电网减少无功损耗的重要装置。无功电压自动控制系统分为上层与下层。上层 是系统控制层，这一层是综合调度系统，其作用是对风力发电厂的电压和无功功 率进行协调与控制，这一层的设备主要是主机、事件打印机、工程师工作站等， 不同的设备之间进行连接时采用以太网，可以在设备之间传输数据信息。为了提 高系统的稳定性和可靠性，可以在主机上采用双机冗余装置方式。下层设备控制 层与系统之间的连接也是通过以太网实现的，下层设备控制层的作用主要有两个 方面，第一，风机侧的就地无功动态补偿控制，第二，变电站集中电压无功控制。下层设备控制层主要对风力发电机组电压、无功功率以、功率因素等参数进行控制，通过相应的计算，可以计算出无功补偿的容量、方式等，从而改善电压质量，保持电压稳定，降低电网损耗。 1.3无功电压自动控制原理分析 通过调节动态电压调节器就可实现对系统中的电容器、电抗器的控制，让这 两个设备的输出电压得到控制，对系统的无功功率进行调节。在这个系统中，电
风电场动静态无功补偿协调控制策略 毕诗泉
风电场动静态无功补偿协调控制策略毕诗泉 摘要：协调控制的无功补偿风电场是控制系统的构成和风电场运营过程的这一步,这是最重要的,一个困难的问题,在现阶段研究家庭网络的运营,对于技术规则是 风电场风能技术特有的。在风力技术发展初期，风力发电场较少，基础功率较低。然而，随着风力涡轮机规模的扩大，单个发动机场的规模也在扩大，最终形成了 一个1GW的风电场。因此，在风电场运行的这一阶段，不同的服务有必要独立 地改进相关元素，并将风电场组组合成一个完整的支撑点，以充分保证整个网络 的电压。 关键词：风电场无功优化；风电场；无功补偿；策略措施； 前言 由于自然资源等因素和负载平衡,各大型风电场的并网系统通常弱连接的终端 系统、电压无功控制一直是一个关切在风电场的并网系统的重要运行情况。2011 年的网络风向发生电离大型事故,依次在酒泉等大型风力发电厂和张家口市发生。 这事件表明,合理、有效和及时的措施,无功补偿对风电机组的安全稳定运行是重 要的。目前，风电场群无功功率补偿策略主要由单场独立控制主导。风电场组由 现场自动电压调节系统和安装在电压调节中心的无功补偿装置提供无功能量。风 力发电机组无功补偿的目标应与单场无功补偿的目标不同。除了满足基本的电压 为网络运作的电风扇、无功功率补偿电压范围应满足集团对于集团单一节点字段 的字段和对于共同连接点(point)电压控制的核心。 一、关于风电场无功电压控制的原则 1.风电场无功电压控制的分工 风电场的无功管理和电压控制由电网和风电场共同承担。电网的任务是整合 整个风电场无功优化网络，控制目标风电场电压和无功功率，确保整个电网安全、经济运行。风电场的任务是整合现有的控制手段，优化风电场内部的无功功率， 遵循网络部署指令，确保风电场安全经济运行。电网和风电场共同管理风电场的 无功电压。一个风电场的安全受到威胁，另一个风电场的安全得不到保证。合理 的风电场无功电压调节策略对双方都是有利的，同时也需要双方的参与。在优化 包括风电场在内的整个电网的无功功率时，需要风电场功率预测和可用作业区信 息(包括无功调节容量的估计)。风电场在对地面无功功率进行优化时，还需要提 供无功电压控制的运行计划和目标信息。本文主要研究风电场无功侧的电压调节 策略。假设风电场有足够的静态和静态无功补偿装置，容量充足，比例合理。 2.对于风电场无功电压控制策略设计的基础要求 风电侧无功电压控制策略应满足以下要求:从安全和经济的角度来看，安全是 第一要务。风力发电场能够区分和适应复杂的运行条件，因为在正常和故障条件 下可用的无功功率源的容量和类型有很大的多样性。由于通讯条件差和易受天气 影响，管制策略的有效执行不应过分依赖通讯的可靠性。 3.风电场无功电压的控制手段 风电场常见无功电压控制的手段及特点见下表。电容器、反应器、静态反应 性补偿器、静态同步补偿器和DFIG都可以通过改变风电场的无功功率来调节风 电场的无功电压。在电压安全受到威胁的情况下，DFIG还可以降低自身的有功功率，提高无功功率调节能力，提高风电场的电压水平。无功功率分布只能通过调 节电压调节变压器的输出来改变，不能产生无功功率分布。OLTC型电容器、反应堆和连接器是低成本、大容量的离散控制装置，可用于补偿风力发电和电网的大
无功补偿技术在微电网系统中的应用
无功补偿技术在微电网系统中的应用微电网系统是一种小规模的、相对独立的电能系统，常用于小区、工业园区和农村等场景。随着能源需求的增长和能源结构的变化，微电网系统的可靠性和效率成为关注的焦点。而无功补偿技术作为一种重要的电力调控手段，在微电网系统中扮演着重要的角色。本文将探讨无功补偿技术在微电网系统中的应用，并分析其优势和未来发展趋势。 1. 介绍微电网系统和无功补偿技术 微电网系统是一种由分布式能源、储能装置和传统电网相互连接的小型电力系统。它可以独立于传统电网运行，也可以与传统电网互为补充。无功补偿技术是一种通过改变电压和电流的相位差，控制无功功率的技术手段。它主要通过安装无功补偿装置，来提高系统的功率因数和稳定系统的电压波动。 2. 无功补偿技术在微电网系统中的优势 无功补偿技术在微电网系统中具有以下优势： 2.1 提高功率因数 微电网系统中，多种电力设备同时运行，会导致功率因数下降，从而影响系统的稳定性和效率。通过安装无功补偿装置，可以主动地控制无功功率，提高系统的功率因数，减少无功功率的浪费，提高系统的效率。
2.2 抑制电压波动 电网电压的波动会对微电网系统的设备和负载产生不良影响，甚至会导致设备的损坏。无功补偿技术通过调节电流和电压的相位，可以减小电压的波动，提高系统的稳定性，保护设备的安全运行。 2.3 降低线损 微电网系统中，由于电力传输距离较短，线损较小。但仍然存在一定的线损问题。无功补偿技术可以通过改善电压质量和稳定电流，减少线路上的无功功率损耗，降低系统的线损，提高电能利用率。 3. 无功补偿技术在微电网系统中的应用案例 以下是一些无功补偿技术在微电网系统中的应用案例： 3.1 风电场的无功补偿 风电场作为分布式能源的重要组成部分，其发电过程中会产生大量的无功功率。通过在风电场中安装无功补偿设备，可以控制无功功率的输出，并保持电网的稳定运行。 3.2 微电网系统的无功平衡 微电网系统中，各种电力设备和负载的功率因数不尽相同，容易导致系统的无功不平衡。通过安装无功补偿装置，调节系统中的无功功率，可以消除无功不平衡，提高系统的稳定性。 3.3 太阳能光伏系统的无功补偿
风电场集电系统及无功补偿设计方法优化
风电场集电系统及无功补偿设计方法优 化 摘要：通过箱变、集电线路、升压变压器和风电场送出线路等的无功计算,初步推算风电场的无功补偿需求，辅以实例计算验证，以指导风电场初步设计及接入系统工作涉及的升压站无功配置。 关键词：风电；功补偿；初步测算；容性无功；感性无功 0、引言 电力系统运行电压水平取决于无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。随着国内风电场建设的快速推进，部分地区的风电场装机容量甚至超过其他地方电源装机，合理配置风电场无功补偿,对稳定系统电压有重要作用。 风力资源分布有明显的地域性、季节性、时间性,风电场外送电力随地域、季节、时间可能出现较大的波动。另外,风电场逐期投产,也导致共用送出线路上无功损耗的大幅增加。因此，为稳定系统电压,减少电网因输送无功引起有功损失，应对风电场进行无功就地平衡。 根据《风电场接入电力系统技术规定》(GB/T19963-2011)规定: 1)对于直接接入公共电网的风电场,其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时汇集线路、主变压器的感性无功功率及风电场送出线路的一半感性无功功率之和，其配置的感性无功容量能够补偿风电场自身的容性充电功率及风电场送出线路的一半充电无功功率。 2)对于通过220kV(或330kV)风电汇集系统升压至500kV(或750kV)电压等级接入公用电网的风电场群中的风电场，其配置的容性无功容量能够补偿风电场满
发时场内汇集线路、主变压器的感性无功及风电场送出线路的全部感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿风电场自身的容性充电功率及风电场送出线路的 全部充电功率。 风电场无功补偿容量不足，会从电网吸收无功功率，造成电压降低;风电场 无功补偿容量过大，会使降低设备有效利用率，造成资产浪费。此外，电网对风 电场并网点也有功率因数考核要求。本文将针对风电场无功负荷和无功电源展开 分析,并进行实例计算验证，初步理清风电场无功补偿计算的思路和方法，以达 到风电场无功容量合理配置的目的。 1、无功负荷分析 风电场无功负荷主要由箱式变压器、集电线路、升压变压器等组成，而按规范，风电场无功补偿还需考虑风电场送出线路。 ①箱式变压器:风电机组出口电压多为690V,通常风电场采用二次升压方式， 一次升压采用风电机组与箱式变压器一机一变单元接线方式。 ②集电线路:对于集电线路的电压选择应因地制宜，风机容量小、塔位距升 压站较近、或地方用电负荷较大，可采取10kV或6kV，但实际采用35kV居多。 集电线路一般情况下采用架空线，当受地形地物等约束条件限制时，可采用电缆 线路。 35kV及以下的架空线路的充电功率甚小，以消耗无功功率为主。故集电线路 通常不考虑充电功率，只作为无功负荷。 ③升压变压器:选择主变压器容量时，考虑到风力发电场负载率较低以及风 力发电机组的功率因数在1左右的实际情况，可以选择等于风电场发电容量的主 变压器。 ④风电场送出线路:既是无功负荷，也是无功电源。无功损耗与有功、无功 功率的平方和成正比，送出线路无功损耗应考虑风电场分步开发的计划。线路电 容的充电功率则与送出功率无关。
风电场110KV变电站电气一次部分初步设计
目录 第1章课题研究的背景与意义 (1) 1.1 课题研究的背景与意义 (1) 1.2 主要研究内容 (1) 1.3 本章小结 (2) 第2章变电站的基本资料 (2) 2.1 变电站的规模 (2) 2.2 电压等级 (2) 2.3 本章小结 (3) 第3章电气主接线设计 (3) 3.1 电气主接线的意义 (3) 3.2 电气主接线的基本要求 (3) 3.3 电气主接线的基本接线形式 (5) 3.4电气主接线的设计原则 (6) 第4章配电装置设计及主要设备选型 (7) 4.1 站内高压配电装置形式选择 (7) 4.2 集电线路的接线设计 (7) 4.3 高压隔离开关和高压断路器的选型 (8) 4.3.1 高压隔离开关 (8) 4.3.2 高压断路器 (8) 4.3.3隔离开关及断路器选型结果 (9) 4.4 电流互感器和电压互感器 (10) 4.4.1 电流互感器 (10) 4.4.2 电压互感器 (11) 4.4.3 互感器的选型 (12) 第5章主变压器选择及无功补偿 (13) 5.1 主变压器的选择原则 (13)
5.1.1 主变压器选择 (13) 5.1.2 主变压器台数的选择 (14) 5.1.3 主变压器的容量 (14) 5.2 主变压器的确定 (15) 5.3 主变压器中性点接地方式 (15) 5.4 无功补偿 (17) 5.5 本章小结 (17) 第6章短路电流计算及主要设备选择 (17) 6.1 短路电流的计算目的与危害 (17) 6.2 短路电流水平 (19) 6.3 短路计算 (19) 6.4 短路电流计算结果分析 (20) 第7章变电站防雷措施 (21) 7.1 风电场变电站的雷电防护措施 (21) 7.2 直击雷保护 (21) 7.3 雷电侵入波过电压保护 (21) 7.3.1 措施 (21) 7.3.2 110KV氧化锌避雷器的选型方法 (22) 7.3.3 避雷器的选型确定 (22) 参考文献 (23) 摘要 如今，国家的经济水平越来越高，人民的生活水平也越来越高，各个地区电网覆盖范围越来越广，所需的电力负荷不断增加，各地区所需建造变电站的数量也在不断增加。110KV变电站的加速改造建设也是大势所趋，同时也是国家所倡导的，有利于经济的良性发展，可以拉动内需。城网和农网变电站建造项目，发展地越来越迅速。但由于对项目建设区域用电负荷及地域环境的繁杂性，人工智能、电力系统方面相关技术的不断更新换代，和人们对电力能源的转换效率和高质量电能的要求等等方面的限制，如何去设计高质量的110KV变电站，满足经济不断发展所带来的高负荷的需
风电场SVG无功补偿装置的应用
风电场SVG无功补偿装置的应用 摘要：针对风电场中低电压的现状，设计了 SVG无功补偿装置，通过对功率因数进行补偿，实现了风电机组的有功无功的合理分配，从而提高风电场电能质量以满足国家电网中无功功率考核的相关指标。在风电场中，风电场用电器数量众多，需要使用大量无功功率输入来完成风机的升压、制动、发电等工作。 关键词：风电场；无功补偿系统；电压稳定性；技术创新 引言 风机所需电力是通过各种电容器和滤波器将有功功率和无功功率进行相互补偿产生的，这种补偿方法能够减少电能质量造成的影响并补偿电能质量问题，但是这样会给电网带来很大压力。由于风电并网接入电网中损耗很大，并且风电场内部电能损耗很大。所以需要有一种新的解决方案：进一步普及SVG无功补偿装置，可以在很大程度上弥补原有补偿装置系统损失的电能质量问题，并且能最大限度地利用电能中能量来发电来满足电网发展速度。采用 SVG无功补偿技术是通过减少设备有功无功功率损失来提高电能质量、减少电能消耗、提高电能质量。 一、概述 随着我国经济的快速发展，我国能源供应总量不断增加，对电能要求也不断提高，国家电网已经将无功功率考核指标扩展到500 KVA以上，因此需要开发出适应我国实际应用需求并具有很高运行可靠性和较好控制水平的低电压电网技术来满足电力系统工作需求，同时能最大限度地发挥电网调节能力。目前风机所需电力是通过各种电容器和滤波器将有功功率和无功功率进行相互补偿而产生的，这种补偿方法能够实现有功无功功率的合理分配，但是由于风电场容量巨大，因此会造成谐波污染很大并造成系统损耗，同时也会给电网带来很大压力，并且造成电能污染严重，同时也造成电力企业成本和能源的浪费。因此传统技术对于风电机组无功补偿装置设计应尽量减小风电场中无功功率损失，但是这种无功补偿装置由于其本身固有的局限性导致补偿效果不好的问题日益严重并且存在着很大
探讨无功补偿在风力发电中的影响及作用
探讨无功补偿在风力发电中的影响及作用 摘要：随着我国风力发电技术的迅猛发展，无功补偿装置在风力发电工程中得到了广泛的应用。本论文阐述了风力发电对电网的影响，并无功补偿在风力发电中的应用进行了分析探讨，以供同行参考借鉴。 关键词：风力发电；无功补偿；影响；分析；作用； 引言 风力发电是清洁和可再生能源应用的典范。可持续发展性是能源企业转型的必然选择。近年来国内风力发电事业迅猛发展，风力发电技术日渐成熟，无功补偿技术在电网中的应用成了风力发电不可或缺的环节。无功补偿中在风电场并网技术中占有重要的地位。 1大型风电场并网运行的特点 ⑴风力发电机多为异步发电机，在发出有功功率的同时还要从系统吸收无功功率，而且其无功需求随着有功输出的变化而变化。 ⑵输入风能的随机性、间歇性致使风电机组发出的电能也是波动的、随机变化的。 ⑶风电机组一般距电力主系统和负荷中心较远，与相对较薄弱的电网相连。若大容量感应型风电场机组退出运行时，会瞬间造成大量无功富余，使系统有过电压的危险。 ⑷风力发电通常接入电网的末端，改变了配电网功率单向流动的特点，使潮流流向和分布发生了改变。 2 我国对风电场接入系统的技术要求 根据《国家电网公司电力系统质量和无功电力管理规定》，《国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订版）》风电场接入系统后应满足以下要求： ⑴发电厂和220kv变电站的110kv~35kv母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的-3%~+7%。风电场并网点的电压正、负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%，一般应为额定电压的-3%~+7%； ⑵风电在公共连接点引起的电压变动d（%）应当满足《国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订版）》的要求； ⑶风电接入电网后，电网安全稳定水平应满足《电力系统安全稳定导则》
风电场无功补偿方案设计
风电场无功补偿方案设计 一、无功补偿方式的选择 （一）配电网的无功补偿方式 一般来讲，配电网中常用的无功补偿方式为：在系统的部分变电站、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。 1.分散、就地补偿 当各用户终端距主变压器较远时，宜在供电末端装设分散补偿装置，结合用户端的低压补偿，可以使线损大大降低，同时可以兼顾提升末端电压的作用。对于大型电机或者大功率用电设备，宜装设就地补偿装置。就地补偿是最经济、最简单以及最见效的补偿方式。在就地补偿方式中，把电容器直接接在用电设备上，中间只加串熔断器保护，用电设备投入时电容器同时投入，切除时同时切除，实现了最方便的无功自动补偿，切除时用电设备的线圈就是电容器的放电线圈。 2.集中补偿 变电站内的无功补偿主要是补偿主变压器对无功容量的需求，结合考虑供电区内的无功潮流及配电线路和用户的无功补偿水平来确定无功补偿容量。35kV 变电站一般按主变压器容量的10%～15%来确定；110kV变电站可按15%～20%来确定。 （二）风电场的无功补偿方式 风电场的无功补偿方式与一般配电网的无功补偿方式类似：集中补偿是在风电场出口变电站集中装设无功补偿器进行补偿，主要目的是改善整个风电场的功率因数，提高风电场出口变电站的电压和补偿无功损耗；风电场无功分散、就地补偿是采用数学或者智能算法在合理的投资范围内选择补偿效果达到最优的若干个无功补偿点，进行就地补偿，从而降低风电场内部网损，改善电压质量。 通常，风电场的分散、就地补偿是在风力异步发电机机端并联电容来提高风电出口的功率因数，这样可以使接入点和风电场（高、低压侧的）电压处于合理的工作范围；否则由于风电场大量吸收无功功率，造成变压器上的电压损失过大，机端电压明显下降，严重影响发电机的正常运行，进而影响风电场电压的稳定性。
风电场动态无功补偿装置性能检测技术
风电场动态无功补偿装置性能检测技术 摘要：风力发电的开发利用是新能源发电的重要组成部分。随着风电普及率的逐渐提高，风电接入对电力系统的影响不容忽视。风电资源的不确定性和风电机组的运行特性使风电场的输出功率波动，容易导致功率因数不合格、电压偏差、电压波动和闪变，采用无功补偿装置可以有效地改善这些问题。风电场直驱发电机组的同步电机发出有功、无功的同时也吸收无功，进而影响电网电压的稳定性。利用加装动态无功补偿装置，能有效调节并网电压。为验证动态无功补偿装置的性能，本文通过分析装置工作原理，提出了动态无功补偿装置性能检测技术。 关键词：风电场；动态无功补偿装置；性能检测；应用 引言 随着电力行业技术的不断发展，电网复杂性进一步增加，无功补偿对电力系统安全稳定经济运行有着重要意义。无功补偿装置是电力系统的重要装置，能用于母线电压控制，有效减少电压波动。风电场直驱同步发电机在其输出有功功率的过程中同时吸收无功功率，导致并网点出现电压波动，因此对于直驱机组并网运行时需分析电压稳定性。动态无功补偿装置是通过IGBT模块的开关实现调整，其动作速度较快，相对性能较好。运用无功补偿装置的相关研究进行探讨，以实现对不同工况补偿容量的确定，提升风电场电压稳定性。基于此，本文对适用于风电场的动态无功补偿装置性能检测展开概述。 1无功补偿工作原理 1.1 SVC（静止无功补偿器）工作原理 SVC基本结构见图1。
图1 SVC基本结构图 FC由固定电容器和串联电抗器组成，为电网提供固定的容性无功，亦可滤除TCR的谐波。TSC由反并联可控晶闸管、串联电容器及阻尼电抗器组成，可控晶闸管投切电容器，提供可选容量的容性无功，通常选择在系统电压峰值投入，在电容器电流为零时切除，使投切时的冲击电流达到最小。TCR由反并联可控晶闸管及串联电抗器组成，可看作是一个可变电纳，改变触发角就可改变电纳值，因系统电压是不变的，改变电纳就能改变基波电流，从而控制与电网交换的无功功率大小 1.2 SVG（静止无功同步补偿器）工作原理 SVG是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，相当于一个无功电流源。其基本原理为通过调节SVG中电压源型逆变器的输出电压与电网电压形成幅值差，从而控制注入电网的无功电流。理论电路模型见图2。 U 为SVG中电压源型逆变器等效电压源，Us为电网等效电源，X为串联电抗c 器L的电抗。则无功功率计算公式可近似表达为式（1）： （1） 通过调节U 大小，可连续控制SVG与电网交换的无功功率及大小。 c 图2 SVG等效电路模型
风电场无功补偿策略研究和仿真分析
风电场无功补偿策略研究和仿真分析 摘要：风电场变化的无功功率将会给风电机组、箱变以及主变和输电线路带来无功损耗，引起电网波动，从而引起风机脱网事故，给电网安稳运行带来了巨大影响。研究风场无功补偿策略，防止全场停电频繁出现已成为一项重要的课题。本文主要对SVC和SVG两种典型无功补偿策略进行研究，结合某一风场实际，通过对箱变、线路、主变的分析，定量的计算出无功补偿所需的容量。然后进行仿真验证，对比SVC和SVG两种策略的优劣，得到最有效的策略。 关键词：风电场；无功补偿；SVC；SVG；仿真分析 引言 风电与火电比，有着很多优点，比如无污染、无温室气体排放、风能不会枯竭等；但是也有缺点，比如风电的间歇性和不确定性，谐波无功等会造成电网污染等。所以就需要风场有动态变化的、幅度可调的无功进行补偿和消除系统带来的谐波，减少风电机组出力的波动给电网电压带来的不利影响，从而提高电力系统的稳定性。本文通过对某一风场无功补偿容量计算，通过采用 MRTLAB/SIMULINK仿真软件建立无功补偿的SVC和SVG仿真模型，通过仿真结果对比分析两种模型的优缺点，并证实两种形式的无功补偿的可行性和正确性，也为风电场提供一种最有效的无功补偿的解决方案。 1无功补偿容量的计算 以鞍子山风电场为实例，进行风电场无功损耗的计算。鞍子山风电场总的装机容量为45MW，鞍子山风电场安装20台单机容量为1500kW的金风机组和12台单机容量为1250kW的上海电气机组构成。12台上海电气1250kW风力发电机组在风机出口端的端口电压为690V，20台金风1500kW风力发电机组出口端的端口电压为620V。经12台35/0.69kV的箱式变压器和20台35/0.62kV的箱式变压器升压至35kV后，由3条集电线路线输送至位于鞍子山风电场综合楼的110kV 升压站的35kV母线，再经110/35kV主变压器再次升压后送入110kV的杜家变压器。 1.1 箱变、主变无功损耗计算 根据变压器的性质可知，变压器有功功率及无功功率损耗的计算公式为 那么，20台金风风机箱变压器总无功消耗为2149.2kVar。 那么，12台上海电气风电机组的箱式变压器总的无功消耗为1111.53kVar。 则整个鞍子山风电场箱式变压器总的无功消耗为3260.73kVar。 在风电场满发状态下，主变压器的无功损耗约为5.05MVar。 1.2. 35KV集电线路、送出线路的无功损耗计算 鞍子山风电场35kV集电线路由32台风电机组的箱式变压器共同组成3条联合线路，总长度为36.69千米。当集电线路过多时，无法精确的计算每条集电线路的无功损耗，这里3条集电线路所带的风电机组的数目基本相等，所以按照集电线路的平均值进行计算。每条集电线路平均输送有功功率为15kW，每条集电线路长度为12.23千米。鞍子山风电场的电力经主变压器升压后，再经过送出线路送入110kV杜家变。送出线路的长度为4.5千米。 （1.8） 集电线路中，P=15kW，风电机组的功率因数为1，故Q=0，X为12.23千米。集电线路的电抗，经过估算约为4.64欧姆，U=35kV。 送出线路中，P=45MW，正常情况下，风电机组的功率因数为1，故Q=0，X为4.5千米送出线路的电抗，经过估算约为1.71欧姆，U=110kV。
南方电网风电场无功补偿及电压控制技术规范QCSG1211004-2016
Q/CSG 中国南方电网有限责任公司企业标准 南方电网风电场无功补偿及电压控制 技术规范
目次 前言............................................................................. II 1 范围 (3) 2 规范性引用文件 (3) 3 术语和定义 (3) 4 电压质量 (5) 4.1 电压偏差 (5) 4.2 电压波动与闪变 (5) 5 无功电源与容量配置 (5) 5.1 无功电源 (5) 5.2 无功容量配置 (5) 6 无功补偿装置 (5) 6.1 基本要求 (5) 6.2 运行电压适应性 (6) 7 电压调节 (6) 7.1 控制目标 (6) 7.2 控制模式 (6) 8 无功电压控制系统 (6) 8.1 基本要求 (6) 8.2 功能和性能 (6) 9 监测与考核 (7) 9.1 无功和电压考核点 (7) 9.2 无功和电压考核指标 (7) 9.3 无功和电压监测装置 (7) 10 无功补偿及电压控制并网测试 (7) 10.1 基本要求 (7) 10.2 检测内容 (7)
前言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本规定由中国南方电网有限责任公司系统运行部提出、归口并负责解释。 本标准起草单位：中国南方电网有限责任公司系统运行部，广东电网有限责任公司电力科学研究院本标准主要起草人：吴俊、曾杰、苏寅生、盛超、陈晓科、宋兴光、李金、杨林、刘正富、王钤、刘梦娜
南方电网风电场无功补偿及电压控制技术规范 1 范围 本标准规定了风电场接入电力系统无功补偿及电压控制的一般原则和技术要求。 本标准适用于通过35kV及以上电压等级输电线路与电力系统连接的风电场，通过其他电压等级集中接入电网的风电场可参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 12325 电能质量供电电压偏差 GB/T 12326 电能质量电压波动和闪变 GB/T 19963 风电场接入电力系统技术规定 GB/T 20297 静止无功补偿装置（SVC）现场试验 GB/T 20298 静止无功补偿装置（SVC）功能特性 SD 325 电力系统电压和无功电力技术导则（试行） DL/T 1215.1 链式静止同步补偿器第1部分：功能规范导则 DL/T 1215.4 链式静止同步补偿器第4部分：现场试验 Q/CSG110008 南方电网风电场接入电网技术规范 Q/CSG 110014 南方电网电能质量监测系统技术规范 Q/CSG 1101011 静止同步补偿器（STA TCOM）技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 风电机组wind turbine generator system; WTGS 将风的动能转换为电能的系统。 3.2 风电场wind farm；wind power plant 由一批风电机组或风电机组群（包括机组单元变压器）、汇集线路、主变压器及其他设备组成的发电站。 3.3 风电场并网点point of interconnection of wind farm 风电场升压站高压侧母线或节点。 3.4 公共连接点point of common coupling 风电场接入公用电网的连接处。
风电场中无功补偿装置SVG的应用60
风电场中无功补偿装置SVG的应用 摘要：近年来，风力发电接入电网的规模比重越来越大，随着各行各业对用电要求越来越高，电网公司对发电企业上网电能质量的要求也越来越严格。风电场无功补偿装置的调节精度及响应速度越来越受到重视。结合110 kV升压站，35kV 无功补偿装置SVG在生产过程之中的实际运行性能，找出一种合理的无功补偿方式。 关键词：电能质量；SVG；无功补偿；风力发电 引言 随着国家新能源的发展，风力发电在电网中的比例越来越大，风电机组并网对电网系统的影响也越来越明显。风力发电机组大多采用异步发电机组，在输出有功功率的同时，需要从电网吸收无功功率，易引起电网电压的波动。为维持电网系统的稳定，通常采用在风电场集电线路母线上安装无功补偿装置SVG （Scalable Vector Graphics）进行调节，改善电网的电能质量。荆山风电场的无功电压控制主要由无功补偿装置（SVG）通过无功快速补偿维持母线电压，有效抑制电压突变，提高功率因数。 一、荆山风场110kV升压站工程概况 1.1荆山风电场装机容量42MW，为适应风电场出力快速变化、满足无功电压以及风电场功率因数的控制要求，满足各种电网运行方式下风电功率波动引起的电压波动对风电场电压调节和功率因数调节的要求，在110kV升压站内35kV 母线上装设一套35kV静止型动态无功补偿装置（RSVG），该装置可实现感性 10Mvar和容性10Mvar连续可调。升压站安装一台50MVA，电压 110±8×1.25%/35 kV油浸式有载调压升压变压器，以单回110kV出线接入系统。当升压变110kV侧电压高于1.06pu时投入感性无功并逐级调节，控制目标为升压变110kV侧电压不高于1.06pu；当升压变110kV侧电压降低到1.02pu时逐渐退出感性无功，直至容量全部退出；当升压变110kV侧电压低于1.01pu时投入容性无功并逐级调节，控制目标为该点电压不低于1.01pu，直至容量全部投入；当升压变110kV侧电压高于1.05pu时退出容性无功并逐级调节，直至容量完全退完。 1.2动态无功补偿装置（SVG）主要设备 1.控制柜（含全数字控制系统一套）一面 2.功率柜（IGBT功率单元一套）两面 3.充电柜一面 4.连接变压器一台 5.辅助设备。 二、无功补偿装置（SVG）原理 2.1 SVG原理概述 SVG装置并联于集电线路母线上，采用瞬时无功功率理论的无功检测方式，以功率因数、电网侧电压作为控制目标，动态跟踪电网电能质量，并根据变化调节无功输出，实现电网高电能质量的运行。控制器采用高速数字信号处理装置（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA），实现数字化控制，与高压隔离，提高设备的稳定性和可靠性。主要是利用高压可关断大功率电力电子器件（IGBT）组成H桥功率模块链组成的逆变主电路，辅以小容量储能元件，由多级电平台阶合成阶梯波，经过电抗器并联在母线上，输出波形正弦度好。实时进行桥式电路交流侧输出电压与电网侧电压比较，在连接电抗器的作用下，即可满足电路吸收或者