葉景 謝冬梅

摘要 采用電力系統(tǒng)仿真軟件MATLAB/Simulink，仿真分析STATCOM運(yùn)行性能，對系統(tǒng)進(jìn)行無功功率的優(yōu)化，對提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)，更大地提高系統(tǒng)設(shè)備利用率、設(shè)備輸電效率以及改善風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)電質(zhì)量，都具有相當(dāng)重要的實(shí)際意義。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場 功率優(yōu)化

1 引言

任何現(xiàn)代社會的發(fā)展都很能源存在密切的關(guān)系，電力是一種重要的能源。社會的發(fā)展水平也和電力能源的供需水平存在一定的相關(guān)性。在目前工業(yè)和民用電量不斷的增加形勢下，人們對電力供應(yīng)的要求也在明顯的提高。而在能源的大量消耗過程中，人類對地球環(huán)境造成的危害也在不斷的增加。風(fēng)力發(fā)電屬于一種很有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，與此相關(guān)的研究和應(yīng)用也處于高速發(fā)展階段。風(fēng)力發(fā)電有多方面的優(yōu)勢，其在提高能源供應(yīng)效率，減輕環(huán)境污染等方面表現(xiàn)出很高的應(yīng)用價值。目前世界各國都對此進(jìn)行了各方面的研究。

2 風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)难芯楷F(xiàn)狀

2.1 風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化的意義

理論意義：風(fēng)力發(fā)電屬于一種技術(shù)很成熟的發(fā)電技術(shù)，目前已經(jīng)進(jìn)入到大規(guī)模的商業(yè)化發(fā)展階段，具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用結(jié)果表明，風(fēng)力發(fā)電在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)等方面的突出作用，且受到了廣泛的關(guān)注，與此相關(guān)的研究也明顯的增加。

目前此方面的研究重點(diǎn)就是如何控制風(fēng)電機(jī)組不脫網(wǎng)運(yùn)行。一些學(xué)者從不同角度進(jìn)行進(jìn)行了研究，且提出了相應(yīng)優(yōu)化風(fēng)電場無功功率的措施。主要為安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，這類設(shè)備有很多種，其中常用的如同步補(bǔ)償器，并聯(lián)電容器組、靜止無功補(bǔ)償器等。

3 STATCOM在風(fēng)電場中的應(yīng)用

3.1 STATCOM的工作原理

靜止同步補(bǔ)償器（也就是STATCOM）目前在電力系統(tǒng)中開始廣泛的應(yīng)用。STATCOM的基本原理是將自換相橋式電路里利用電阻或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，然后依據(jù)輸入的有功或者無功指令，對相應(yīng)的電路交流側(cè)輸出電壓的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制交流側(cè)電流，可以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)節(jié)要求，并獲得所需要的無功電流，這樣就可以進(jìn)行無功補(bǔ)償，補(bǔ)償器的研究已經(jīng)有很多，而相關(guān)的研究領(lǐng)域主要為主電路、新元件的保護(hù)和測控方面。而關(guān)于控制方法的研究則是此方面的重點(diǎn)。根據(jù)補(bǔ)償相關(guān)的功能要求，目前這種補(bǔ)償器的控制主要從控制策略和外閉環(huán)的反饋控制量的選取兩方面來考慮，可總體上劃分為電流間間接和直接控制。所謂間接控制，就是將這種補(bǔ)償器看作為一種交流電源。在控制過程中可以通過調(diào)節(jié)逆變器相關(guān)的基波參數(shù)來對其進(jìn)行控樅而直接控制，就是對電流波形瞬時值適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，這種補(bǔ)償器可當(dāng)作為相應(yīng)的受控電流源。

3.2 STATCOM模型

實(shí)際的變頻器運(yùn)行的頻率很高，若考慮到開關(guān)頻率，需要很小的步長。因而在研究過程中需要進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真，然后在簡化基礎(chǔ)上，依據(jù)能量傳遞關(guān)系確定出這種補(bǔ)償器的機(jī)電暫態(tài)模型。

式中，R和L相應(yīng)的電阻和電抗。將時域下的電壓方程切入到此坐標(biāo)中，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化矩陣為：

4 STATCOM模擬仿真算例系統(tǒng)分析

風(fēng)電場總裝機(jī)容量達(dá)到了一百兆瓦，然后依據(jù)兩種情況進(jìn)行分析，其一就是全部的機(jī)組都是定速風(fēng)電機(jī)組;其二則認(rèn)為全部的機(jī)組都為相應(yīng)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)。其對應(yīng)的同步機(jī)組中涉及到調(diào)速系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)等。而相應(yīng)的發(fā)電機(jī)組模型應(yīng)用了Ed、Eq、Ed、Eq 波動的六階模型;負(fù)荷模型采用50%恒定阻抗、50%異步電動機(jī)模型;本文分析過程中選擇的參數(shù)來自于實(shí)際風(fēng)電場，且進(jìn)行了一定的簡化。

在與此相關(guān)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性研究過程中，不考慮風(fēng)速波動，假定全部的風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)保持相同，則可以將此風(fēng)電場進(jìn)行等效處理而看作為風(fēng)電機(jī)組。且選擇了三相短路故障進(jìn)行分卡斤.假定這種故障在t=O.ls時刻發(fā)生，故障發(fā)生后0.12s跳開。在一定的保護(hù)策略下，若風(fēng)電場電壓低于0.85pu，0.2s跳開風(fēng)電場。分析不同條件下風(fēng)電場電壓和轉(zhuǎn)速的變化情況，討論了四類條件下相應(yīng)的風(fēng)電場送出線路三相短路，具體如下：

（l）定速風(fēng)電機(jī)組，相同中沒有設(shè)置靜態(tài)無功補(bǔ)償器;

（2）同樣的機(jī)組中設(shè)置相應(yīng)的無功補(bǔ)償器;

（3）轉(zhuǎn)子電流控制，沒有設(shè)置這種補(bǔ)償器;

（4）異步電機(jī)下的這種控制，設(shè)置了靜態(tài)無功補(bǔ)償器。

分析以上的仿真結(jié)果可知，若風(fēng)電場沒有進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償，在運(yùn)行過程中，風(fēng)電場退出。在其中設(shè)置了20Mvar補(bǔ)償器之后，故障過程中可以通過其提供一定的無功支持，可以在短時間內(nèi)恢復(fù)電壓，同時提高了電磁轉(zhuǎn)矩，這樣就不會出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)速波動。而這種類型的異步發(fā)電機(jī)可起到同樣的效果，通過轉(zhuǎn)子電流控制，可大幅度的提高極限轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的電壓可在短時間內(nèi)恢復(fù)。在進(jìn)行這種補(bǔ)償情況下，端電壓在故障清除后0.25s恢復(fù)到l.Opu，而帶有可變轉(zhuǎn)子電阻控制的繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)，機(jī)端電壓在故障清除后0.2s恢復(fù)到l.Opu。根據(jù)以上的論述可知，帶有和定速風(fēng)機(jī)組相比，轉(zhuǎn)子可變電阻控制的風(fēng)電機(jī)組的電壓穩(wěn)定性更好。在各種電壓降落情況下，對應(yīng)的電壓穩(wěn)定性都明顯的提升，且相應(yīng)的異步機(jī)風(fēng)電場可以更好的恢復(fù)狀態(tài)。如圖1所示。

5 結(jié)論

研究結(jié)果表明，STATCOM在異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)明顯的故障后，幫助其電壓恢復(fù)。和定速風(fēng)電機(jī)組相比，帶有轉(zhuǎn)子可變電阻控制的這種機(jī)組的穩(wěn)態(tài)性更好。根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用結(jié)果表明，使用STATCOM補(bǔ)償器可很好的提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，對高效的故障恢復(fù)有一定幫助作用，在維持風(fēng)電場連續(xù)運(yùn)行方面有重要的意義。

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