大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償?shù)膽?yīng)用技術(shù)分析

1、第42卷第16期2014年8月16日電力系統(tǒng)保護(hù)與控制PowerSystemProtectionandControlVO142NO16Aug16，2014大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償?shù)膽?yīng)用技術(shù)分析鄭海濤，鄭昕，吳興全，姚天亮(中國能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計院，甘肅蘭州730050)摘要：為了研究并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)應(yīng)用全容量SVG(statiCVarGenerator)動態(tài)無功補償?shù)谋匾院吞貏e要求，重點從調(diào)節(jié)特性與響應(yīng)速度

2、等性能指標(biāo)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(wǎng)多個新能源項目，分析了大型風(fēng)電場升壓站在無功配置方案和無功補償設(shè)備運行方面存在的誤區(qū)和一些細(xì)節(jié)問題，并結(jié)合典型事故進(jìn)一步分析了電網(wǎng)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(wǎng)光伏電站內(nèi)SVG的選型和典型電氣接線方案以及SVG在實際工程應(yīng)用中的常見故障問題，對類似工程具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：風(fēng)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(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16743415(2014)16—0149—060引言2008～2013年，甘肅風(fēng)電和光伏

9、發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，積累了豐富的新能源項目建設(shè)和運行經(jīng)驗。2013年底，甘肅電網(wǎng)已并網(wǎng)的風(fēng)電和光伏裝機容量分別約700萬kW和430萬kW。隨著并網(wǎng)風(fēng)電和光伏容量的與日俱增，含大規(guī)模風(fēng)電和光伏電力系統(tǒng)調(diào)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(wǎng)安全穩(wěn)定運行[17]的問題。因為風(fēng)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(wǎng)而言都屬于多變、沖擊性負(fù)荷，新

10、能源并網(wǎng)功率的變化必然引起并網(wǎng)點電壓的頻繁波動L8J，尤其是在電網(wǎng)故障時，直驅(qū)風(fēng)機和光伏并網(wǎng)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(dǎo)致系統(tǒng)電壓的長時間、大幅跌落，誘發(fā)新能源電站出現(xiàn)大面積脫網(wǎng)事故，例如：酒泉風(fēng)電基地“224”風(fēng)機脫網(wǎng)事故，風(fēng)電脫網(wǎng)比例達(dá)到風(fēng)電裝機容量的544％。為了提高含大容量風(fēng)電和光伏電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和改善電網(wǎng)電能質(zhì)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(fēng)電場和光伏電站得到廣泛應(yīng)用，特別是SVG新技術(shù)迅速崛起，呈現(xiàn)逐步取代SVC的趨勢。鄭海濤，等大型并網(wǎng)風(fēng)電場和光伏電站內(nèi)動態(tài)無功補償?shù)膽?yīng)用技術(shù)分析13SVC與SVG性能指標(biāo)比較表1對比結(jié)果，全容量SVG能夠?qū)崿F(xiàn)容性～感性動態(tài)連續(xù)可調(diào)，響應(yīng)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(jù)優(yōu)勢。至于技術(shù)復(fù)雜、價格較高、對環(huán)境和散熱要求較高等問題，隨著技術(shù)的發(fā)展和制造

12、工藝的進(jìn)步都可以解決。表1性能指標(biāo)對比表Table1Performancecomparisontable2動態(tài)無功補償裝置應(yīng)用技術(shù)分析21規(guī)范中相關(guān)要求NB／T310032011《大型風(fēng)電場并網(wǎng)設(shè)計技術(shù)規(guī)范》要求：并網(wǎng)點電壓應(yīng)能控制在額定電壓的一3％～7％范圍內(nèi)，風(fēng)電場無功調(diào)節(jié)速度應(yīng)能滿足電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)需要，必要時加裝動態(tài)無功補償裝置。QGDW392—2009《風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》要求：風(fēng)電場應(yīng)配置無功電壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)對并網(wǎng)點電壓的控

13、制，調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)精度應(yīng)滿足電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)要求。GB／T199642012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》要求：光伏逆變器功率因數(shù)在超前095滯后095范圍內(nèi)動態(tài)可調(diào)，不能滿足系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要時，應(yīng)集中加裝適當(dāng)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(xiàn)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(shè)備，隨著對電網(wǎng)動態(tài)無功補償必要性的深入認(rèn)識和規(guī)范修訂，將來存在將SVG的應(yīng)用寫入標(biāo)準(zhǔn)的可能性。22甘肅風(fēng)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(wǎng)大型風(fēng)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(wǎng)風(fēng)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(wǎng)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(xiàn)過“FCSVG”的組合方案。222性能參數(shù)實測分析文獻(xiàn)[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(diào)節(jié)范圍、動態(tài)響應(yīng)時間、諧波含量進(jìn)行了實測，測試結(jié)果如表3所示。表3性能參數(shù)測試結(jié)果Table3Performanceparametertestresults分析得出主要結(jié)論：①SVG和TCR的響應(yīng)時間均為毫秒級，滿足不大于30