嚴(yán)文超

摘 要：風(fēng)能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，在應(yīng)用風(fēng)能發(fā)電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題。如果電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，便會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)不能正常發(fā)電，為了解決這一問(wèn)題，風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。前STATCOM裝置是一種雖然存在應(yīng)用局限，卻也擁有廣闊應(yīng)用前景的裝置，現(xiàn)對(duì)-沿海地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用這種選型的問(wèn)題進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：沿海地區(qū);風(fēng)電場(chǎng);無(wú)功補(bǔ)償;選型

風(fēng)力是一種可持續(xù)使用、可再生的綠色能源，將這種能源應(yīng)用在電場(chǎng)中，可把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)前我國(guó)真大力推廣風(fēng)能發(fā)電技術(shù)，把這種綠色能源轉(zhuǎn)化成人們需要的電能。風(fēng)能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，在應(yīng)用風(fēng)能發(fā)電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題。如果電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，便會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)不能正常發(fā)電，為了解決這一問(wèn)題，風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。前STATCOM裝置是一種雖然存在應(yīng)用局限，卻也擁有廣闊應(yīng)用前景的裝置，現(xiàn)對(duì)-沿海地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用這種選型的問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

風(fēng)能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，在應(yīng)用風(fēng)能發(fā)電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題。如果電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)母線電壓波動(dòng)，那么會(huì)造成電壓崩潰的情況，從而風(fēng)電場(chǎng)不能正常發(fā)電。為了增強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常人們會(huì)在風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置。當(dāng)前國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)家電網(wǎng)調(diào)（2011）974號(hào)文件中，對(duì)這一技術(shù)作出規(guī)定，給出了動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量配置參出、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)相應(yīng)時(shí)間參數(shù)的規(guī)定，這便是風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。

2 風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置

2.1 集合式并聯(lián)電容器組

這種裝置又稱FC，它只能產(chǎn)生容性無(wú)功。這種技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為它的造價(jià)極低，并且需要的容量小。然而它慶用的局恨性大，這是一種適合應(yīng)用在容性無(wú)功補(bǔ)償環(huán)境中的裝置。

2.2 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

這種裝置又稱SVC，它可產(chǎn)生容性無(wú)功和感性無(wú)功，實(shí)現(xiàn)平滑動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償。這種補(bǔ)償裝置的應(yīng)用原理為依電網(wǎng)的需求來(lái)調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償，目前，這種裝置分為兩種，一種為應(yīng)用晶閘管控制電抗器SVC與磁抗電抗器SVC。雖然靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置從理論上可以滿足電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償需求，但是這種裝置易出現(xiàn)故障，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

2.3 靜止無(wú)功發(fā)生器裝置

這種裝置又稱SVG，它設(shè)置有超前電流90□或滯后電流90□的功能，并且具有自整流充電的功能。在電網(wǎng)上設(shè)置了這一裝置以后，它能從三相電網(wǎng)上取得電壓，然后向1個(gè)直流電容充電，這是電網(wǎng)不需要無(wú)功補(bǔ)償時(shí)的運(yùn)作;當(dāng)電網(wǎng)需要無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，便將1個(gè)直流電容中的電壓逆變成為交流電壓送回電網(wǎng)。這一裝置通過(guò)監(jiān)控超前電流90□或滯后電流90□的參數(shù)判斷需要完成充電操作過(guò)逆變操作。這種裝置是一種可以快速完成感性和容性，迅速完成調(diào)速切換的裝置。較為常見(jiàn)的SVG分為直掛式與降壓式兩種，因?yàn)橹睊焓捷^易出故障，所以降壓式應(yīng)用得較為廣泛。

3 沿海地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置選型

目前沿海地區(qū)應(yīng)用得較多的無(wú)功補(bǔ)償裝置為高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償發(fā)生裝置，又稱STATCOM，它屬于SVG的一種，它的特點(diǎn)是把柔性交流輸電系統(tǒng)融入到SVG中，發(fā)揮了這一技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以后，它能更快的、更精確的完充電或進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高SVG技術(shù)應(yīng)用的效果。

這一裝置選型的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：（一）擁有良好的輸出性能，這一裝置的輸出范圍較廣，可滿足較大范圍的輸出需求;（二）具有良好的諧振特性，將柔性交流輸電系統(tǒng)融入于SVG后，它產(chǎn)生了良好的諧振效果，應(yīng)用了這一技術(shù)，它讓SVG的響應(yīng)時(shí)間更快，電網(wǎng)的電壓更加平穩(wěn);（三）這一裝置占地小、功耗少、控制策略很靈活、運(yùn)行噪聲小?？傮w來(lái)說(shuō)，它的優(yōu)勢(shì)能滿足沿海地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨蟆?/p>

然而這一裝置選型也存在不足，這些不足歸納如下：（一）散熱不足，由于這種裝置占地小，導(dǎo)致沒(méi)有充分考慮設(shè)置的散熱需求;外部使用環(huán)境差異大，部分地區(qū)的散熱條件不足;設(shè)置的設(shè)計(jì)不良，沒(méi)有做好散熱參數(shù)設(shè)計(jì)，從而自身發(fā)熱量較高;沒(méi)有充分利用軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)量，這些因素導(dǎo)致散熱不足。（二）腐蝕較為嚴(yán)重，沿海地區(qū)空氣的濕度大，空氣中鹽堿度高，當(dāng)這種裝置在這樣的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，裝置容易被腐蝕。因?yàn)檫@種裝置的集約性高，當(dāng)它的零部件補(bǔ)腐蝕以后，往往難以維修，只能更換裝置。（三）實(shí)際裝量與裝標(biāo)稱容量不符，不同的廠家生產(chǎn)出來(lái)的裝置，質(zhì)量存在差異，有部分小廠家為了節(jié)省生產(chǎn)成本，會(huì)不按規(guī)定標(biāo)注標(biāo)稱容量。當(dāng)慶用了不符合標(biāo)注容量規(guī)定的裝置時(shí)，裝置便易出現(xiàn)故障，并且使用壽命難以保證。（四）運(yùn)行穩(wěn)定性差，沿海地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)，當(dāng)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)以后，臺(tái)風(fēng)會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)作，要求系統(tǒng)快速應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)讓電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定，然而當(dāng)前這一裝置的穩(wěn)定性僅達(dá)到53%，無(wú)法滿足沿海地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨?，從而影響風(fēng)機(jī)抗臺(tái)風(fēng)策略。

4 總結(jié)

到 2015年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模要達(dá)到9000萬(wàn)kW一1億 kW?？梢灶A(yù)見(jiàn)未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電依舊將快速增長(zhǎng)。然而，風(fēng)電作為電源具有隨機(jī)性和間歇性，隨著風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)容量的不斷增大，電壓不穩(wěn)定問(wèn)題也日益嚴(yán)重。風(fēng)能的隨機(jī)性變化和系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)母線電壓的波動(dòng)、電壓崩潰的情況也不斷增多。為使風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓保持在允許范圍內(nèi)，在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中選擇合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置型式并配置合適的無(wú)功補(bǔ)償容量是非常必要的。雖然當(dāng)前STATCOM裝置無(wú)法完全滿足沿海地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊?，然而，卻也有克服這一裝置應(yīng)用不足的策略。只要當(dāng)?shù)啬軌蛞?guī)范生產(chǎn)工藝、做好質(zhì)量管理;相應(yīng)部門(mén)強(qiáng)化散熱參數(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步完善無(wú)功補(bǔ)償響應(yīng)的效率，便能發(fā)揮這一裝置的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，讓它滿足沿海地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨蟆?/p>

風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題越來(lái)越引起風(fēng)力發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)調(diào)度、電力系統(tǒng)、電力設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)人員的關(guān)注。雖然沿海地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)多以小規(guī)模接人、就地消納為主.但隨著220kV匯流站及海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)建設(shè)，沿海風(fēng)電接入越來(lái)越趨向集群化。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性更應(yīng)得到重視。提高STATCOM的運(yùn)行管理水平，能使設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，有助于滿足電網(wǎng)調(diào)壓與穩(wěn)定的要求。

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