浅析风电厂无功补偿及谐波治理装置.docx

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浅析风电厂无功补偿及谐波治理装置

浅析风电厂无功补偿及消谐装置的应用

随着世界能源的日趋匮乏和科学技术的飞速发展，加之人们对环境保护的要求，对绿色清洁能源的需求越来越迫切。

风能是当前最有发展前景的一种新型能源，它是取之不尽用之不竭的能源，还是一种洁净、无污染的绿色能源。

目前，越来越多的风电厂建成并网发电。

由于风电厂具有自己独特的特点，这随之产生了风电并网的问

题，在风电并网运行中会出现以下问题：

（1）风机出力波动大引起电压波动；

（2）电压调节能力弱，不能在规定的范围内调节；

（3）电网扰动造成的电压变化可能造成风机大面积解列，影响系统的稳定与安全；

（4）可调度性差；

（5）部分感应式发电机无功消耗高；

为了解决以上问题，风电厂无功及谐波的治理发展由简单的消谐消弧装置到svc再到更为先进的sv殴备。

为了了解风电厂的无功补偿及谐波治理装置，首先我们需要明

确一些关于无功和谐波的基本概念。

无功功率：

电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换而占有的电网容量叫无功，Q表示这种能量交换的幅度。

无功功率的表达式为：

Q=Ulsin©

式中无功的单位为Var（乏），线电压的单位为V（伏），视在电流I单位为A（安）。

功率因数：

在正弦电路中，功率因数是由电压和电流之间的相角差决定的，这种情况下，功率因数常用CO®表示。

视在功率S=UI,有功功率P=Ulcos©

cos©=P/S

感性无功：

电流矢量滞后电压矢量90度。

如：

电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等。

容性无功：

电流矢量超前电压矢量90度。

如：

电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设备等。

基波无功：

与电源频率相等的无功。

谐波无功：

与电源频率不相等的无功。

无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率的增加，从而使发电机、变压器及其它电气设备的容量和导线容量增加。

使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。

无功功率不做功，但占用电网容量和导线截面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载，谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡颠覆。

谐波的基本概念

频率为1/T的分量为基波，频率为大于1的整数倍基波（50Hz）频率的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。

谐波的危害

谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、

输电及用电设备的效率，大量的3次谐波电流流过时，会使线路过热甚至发生火灾。

谐波影响各种电气设备正常工作，谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大。

谐波会导致继电保护和自动装置误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

谐波会对通讯线路造成干扰。

为了平衡电压，保持电力系统稳定运行，需要对风电厂进行无功补偿。

无功补偿是指根据电网中的无功类型，人为地补偿容性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。

是为了减小供配电线路中往复交换的无功功率，提高供配电线路的利用率。

无功补偿的主要作用：

（1）校正动态无功负荷的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。

（2）改善电压调整，稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。

（3）提高电力系统的静态和动态稳定性，阻尼功率振荡。

（4）降低过电压。

（5）减少电压闪烁。

（6）减少电压和电流的不平衡。

无功补偿分为动态无功补偿和静态无功补偿。

另外，我们需要注

意的是：

现在的静态无功补偿和动态无功补偿其实是在炒作概念，从理论上说，现在全部是静态无功补偿，只有静止补偿和自动补偿之分。

静态无功补偿：

一般大家所说的静态无功补偿指的是“开关投切电容器组或电抗器组”。

无功补偿当前主要米用SVCSV（等静态无功补偿设备来进行无功补偿，这些设备可以实现自动补偿。

SVGSV（等被称为静止无功发生器，主要具备如下主要功能：

（1）在电力系统扰动情况下，提供有效的电压支撑；

（2）提高输电系统的静态和动态稳定性；

（3）降低暂态过电压；

（4）阻尼系统的低频和次同步振荡；

（5）减小电压和电流的不平衡，抑制不对称负荷；

（6）减小由于电压波动引起的闪变；

（7）增加输电线路的有功功率传输容量；

（8）滤除流入系统的谐波电流；

（9）提高系统进线的功率因数；

（10）高压直流输电系统中应用svg能快速补偿换流站所需要的无功功率，稳定弱系统的波动，保证可靠换流。

性能特征

（1）模块化设计，

（2）高性能高可靠性控制保护装置

（3）领先的直流侧电压平衡技术

（4）先进的后台系统

（5）集成录波功能

（6）完善的保护功能

（7）强大的通信功能

动补与静补的主要区别及优点

静补投切速度慢，不适合负载变化频繁的场合，容易产生欠补或者过补偿，造成电网电压波动，损坏用电设备；并且有触点投切设备寿命短，噪声大，维护量大，影响电容器使用寿命。

动补可对任何负载情况进行实时快速补偿，并有稳定电网电压功能，提高电网质量，同时具备治理谐波的功能。

无功补偿的三种主要形式

并联电容器

缺点：

电容器的无功功率调节性能比较差（自动投切）。

优点：

并联电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安装。

且电容器每单位容量的投资费用较小，运行时功率损耗亦较小,维护也较方便。

静止无功补偿器（SVC

静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。

电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。

亠--

II

Lxvi-

C-

本

ryL

控制电抗器型（SVC-TCR;（d）可控硅控制电抗器（TCR和可控硅投切电容器组合型（TSC。

其单相基本结构是两个并联的晶闸管与一个电抗器串联，而三相多采用三角形联结。

相当于电感负载的交流调压电路。

触发角有效移相范围90-180度，基波电流都是无功电流。

增大触发角就是减少电流中的基波分量，相当于增大等效感抗。

其线电流的谐波含量为6K士1次谐波。

SVC勺技术特点自身产生较大谐波，需与无源滤波器配合使用；装置占地面积大；效

率低；响应速度慢（40ms-60mS，易产生谐振过电压、损坏电容器;

低压时补偿效果下降迅速。

SV制以对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其由两部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路（由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路组成）。

其中，指令运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。

补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。

主电路采用多重化的pwiM路。

SVG是基于瞬时无功功率的方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出检测结果。

检测谐波电流时，因检测对象中谐波的构成和采用滤波器的不同，会有不同的延时，最多不超过一个电源周期。

当需要补偿负载所产生的谐波电流时，SVG佥测出补偿对象负载电流的谐波分量，将其反极性后作为补偿电流指令，由补偿电流发生器产生的补偿电流与负载电流中谐波分量大小相等、方向相反，互相

抵消，使电源电流只含基波，不含谐波。

典型SV（与典型SVG1行损耗的比较

为什么SVG匕SVC节能？

串联电抗器容量不同,SVC串联100%!

抗，而SVG^串联6%勺电抗，而电抗器损耗大约为0.8%的损耗，占主导地位。

FC部分，SVC勺电容容量是SVGI容容量的一倍，所以，电容损耗比SVC勺损耗小，电容损耗较小。

SVC勺可控硅的损耗与SVG勺IGBT勺损耗相当，可控硅的损耗比IGBT损耗小，但SV（部分的可控硅部分的容量是IGBT容量的一倍。

而且在SV啲0无功时损耗最大，100新功时损耗最小，SV（在50%无功时损耗最小，在100%£功时损耗最大，一般动态无功绝大部分时间工作在50%无功状态。

消谐消弧装置的工作原理：

装置的消弧原理是当系统发生弧光接地时，微机控制器判断接地的相别及弧光接地类型，同时发出指令使故障相的真空接触器闭合，把系统由不稳定的弧光接地故障变为稳定的金属性接地故障，故障相的对地电压降为零，原接地故障点的弧光消失，同时由于故障相可靠接地，增大了故障线路的零序电流增加接地保护的选择性，从而准确的查找并切除故障线路。

消谐原理是当系统发生谐振时，微机控制器在PTI勺开口三角绕组瞬间接入大功率的消谐电阻，利用消谐电阻破坏系统的谐振参数，消耗谐振功率，从而消除系统的谐振故障。

消弧柜是将弧光接地瞬间转化为金属接地，将弧光接地故障点的工频电弧电流和高频电弧电流都转移至金属接地点，有效迅速熄灭电弧，使非故障相相电压稳定在"3倍，限制母线电压在较低水平。

静止无功发生器装置是以大功率电力电子器件IGBT为核心的

SVG（StaticVarGenerator）系统，代表着现阶段乃至今后电力系统无功补偿技术的发展方向。

SVGb够快速连续地提供容性和感性无功功率，显著地改善负荷与公共电网连接点处的电能质量，提高功率因

数，克服三相不平衡，消除电压闪变和电压波动，抑止谐波污染，保障电力系统的安全性、可靠性、经济性和输送电能的质量。

应用范围：

SVGfe电网中主要应用在输电系统、配电网和新能源发电等领域。

在长距离交流输电时，由于受到佛朗梯效应的影响，线路中间的电压会明显升高。

同时，从系统稳定性考虑，输送的能量也会受到限制。

所以，为了降低电压升咼，并最大限度地提咼线路输送能量，往往要考虑在输电线路的中点或中间数点安装SVG相对较弱的配电网会有较多的无功需求，以前安装的调相机既不经济，维护也相当麻烦。

而装设了适当的SVGL后，完全可以满足要求，而且响应更迅速，维护更方便。

对于在大电网末端的弱系统，比如偏远的光伏发电站或者风力发电站等，由于系统无法提供大量的无功功率，需要在接入点安装SVG不仅能够很好地将接入点的电压稳定在要求的范围内，还可以最大限度地避免电网故障对弱系统造成的不良冲击。

同时，SVG勺接入也使弱系统能够更充分地发挥出自身的供电效能。

SV（和SVGH皆波消除方面