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风电场无功补偿容量的估算与补偿方式选择
石巍;张彦昌;张超
【期刊名称】《电力与能源》
【年(卷),期】2011(032)003
【摘要】分析了影响风电场升压站的无功补偿容量的因素,给出了变压器、风电场架空集电线路和风电机组的无功功率的计算公式,并举例对采用不同发电机组和不同集电线路的风电场无功功率进行了估算.比较了目前风电场经常采用的四种无功补偿装置,指出了风电场升压站无功补偿装置发展的趋势.
【总页数】4页(P217-219,223)
【作者】石巍;张彦昌;张超
【作者单位】中南电力设计院,武汉430071;中南电力设计院,武汉430071;中南电力设计院,武汉430071
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
【相关文献】
1.变电站无功补偿容量和主变压器调压方式选择 [J], 李勇
2.风电场无功补偿容量的估算与补偿方式选择 [J], 石巍;张彦昌;张超
3.风电场无功补偿容量设计与补偿方式研究 [J], 石巍;张彦昌;张超
4.风电场无功补偿容量设计与补偿方式研究 [J], 石巍;张彦昌;张超
5.风电场无功补偿容量配置及优化运行研究 [J], 胡勇
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－67－科技论坛风电场两种无功补偿装置的分析与比较王春虎1孙洪伟2宋晓君2（1、黑龙江省电力有限公司电力调度通信中心，黑龙江哈尔滨1500902、哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江哈尔滨150030）1概述风力发电以其清洁、可再生、技术成熟、风力资源丰富等得天优厚的优势，日益受到人们的重视，并得到许多国家能源政策的支持。
现代风力发电产业以其较为成熟的技术、优越的经济性和巨大的市场吸引力已经成为电网电源中的一项重要组成部分。
然而随着风电场容量越来越大,风电机组并网对系统造成的影响也越来越明显。
国内目前感应式异步电机为风电场的主力机型,此类风电场并入电网运行时需要吸收系统的无功功率，通常需要安装无功补偿设备。
未补偿的风电场可能因风的变化引起输配电系统的电压波动,严重时导致母线电压波动致使风电机组停机的情况,而反复切机将会缩短风机寿命。
可见,对风电场进行合理有效的无功补偿是极其重要的。
目前解决电网电压稳定问题的方法主要有无功补偿和无功的合理分布、带负荷调压变压器调压、无功补偿和调压变压器综合调压、适当增大导线线径和装设并联电抗器等。
对风电并网所引起的电压稳定问题，通常采用无功补偿装置以补偿风电机组无功的需求。
加装固定电容器是一种经济适用的方法。
近年来，随着电力发电技术的发展，随着电力电子技术的飞速发展,将柔性交流输电系统(FACTS )运用到风电场以提高其运行的稳定性已经成为一种必然趋势。
先进的静止无功补偿器(STATCOM )作为FACTS 控制器的重要成员之一,以其体积小、容量大、调节连续、响应速度快、经济性能好等优点也越来越受到人们的关注。
本文将固定电容器和STATCOM 应用于风电场机端无功补偿中,以Matlab /Simulink 为研究平台验证两种补偿装置的实用性和有效性，并比较两者的性能优劣。
2定速风电机组的基本原理2.1风力机模型现在普遍采用的风速模型是4种风速的叠加,其叠加公式为:V=V W +V W G +V W R +V W N （1）其中基本风速为V W ；阵风分量为V W G ；渐变风分量为V W R ；随机分量为V W N 。
风电场无功补偿装置的配置分析作者：***来源：《今日自动化》2020年第09期[摘要 ]本文將风电场无功配置原则进行了阐述，从而就风电场开关站无功补偿装置的无功损耗计算分析进行了深入地分析，着重从送出线路、风电机组、集电线路、箱变、主变等几个方面进行了论述。
在满足无功补偿要求的基础上，实现了无功补偿装置SVG的配置优化。
[关键词]风电场;无功配置;动态无功补偿装[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）09–00–02[Abstract]This paper expounds the principle of reactive power allocation in wind farm combined with the author's working practice， and analyzes the calculation and analysis of reactive power loss of reactive power compensation device in wind farm switch station in depth， focusing on the transmission line， wind turbine， collector line， box transformer， main transformer and so on. Based on satisfying the requirement of reactive power compensation， the configuration optimization of reactive power compensation device SVG is realized.[Keywords]wind farm; reactive power configuration; dynamic reactive power compensation installation近年来，我国清洁能源发展取得巨大成就，以风能、太阳能为代表的新能源已经全面进入增量替代阶段，改变了传统的水力、火力等发电模式，也带了了一些新的问题。
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：当即功率因素为1时，;当即功率因素为0.98时，；2）电缆充电功率运行中的送电线路，即是无功电源又是无功负荷，由于电缆具有较小的电阻和较大的对地电容，因此在此仅考虑它作为无功电源的方面，电缆的单位公里充电功率和电缆型号及电压水平有关，其值在厂家资料中应可查得。
无功补偿装置的选型与设计无功补偿装置是一种用于改善电力系统功率因数的设备，它通过补偿电流中的无功成分，提高功率因数，减少系统的无功功率损耗。
本文将探讨无功补偿装置的选型与设计，以帮助读者了解如何选择合适的无功补偿装置及其设计原则。
1. 无功补偿装置的选型在选择无功补偿装置时，需要考虑以下几个因素：1.1 系统功率因数系统的功率因数是选择无功补偿装置的基本依据。
当系统功率因数低于设定值时，需要考虑安装无功补偿装置来提高功率因数。
1.2 负载类型根据负载的类型，可以选择不同类型的无功补偿装置。
常见的无功补偿装置包括静态无功发生器（SVC）、无功发生器组（STATCOM）和固定补偿电容器等。
1.3 控制方式无功补偿装置可以通过电容器开关或智能无功补偿控制器进行控制。
根据实际需求，选择适合的控制方式。
1.4 额定容量根据负载的需求和系统的容量，选择合适的无功补偿装置额定容量。
过小的容量可能无法满足需求，而过大的容量将浪费资源。
2. 无功补偿装置的设计无功补偿装置的设计需要考虑以下几个方面：2.1 电容器选择选择适当的电容器是无功补偿装置设计中的关键之一。
电容器的选择应考虑其额定电压、容量和损耗等因素，以确保电容器可以正常运行并满足功率需求。
此外，电容器还需要具备耐高压、低损耗和较长的使用寿命等特性。
2.2 保护措施为了确保无功补偿装置的安全稳定运行，需要采取相应的保护措施。
例如，安装电容器过电流保护器、电压保护器和温度保护器等，以防止电流过载、电压过高和温度过高等问题。
2.3 协调性设计对于较大规模的无功补偿装置系统，需要进行协调性设计，以保证系统各个组件之间的协调运行。
例如，根据系统的特点选择合适的滤波器、电抗器和电流互感器等，以优化系统的无功补偿效果。
2.4 安装位置无功补偿装置的安装位置也需要仔细考虑。
选择合适的安装位置可以最大程度地减少电缆长度和功率损耗，提高系统的效率。
综上所述，无功补偿装置的选型与设计需要综合考虑系统功率因数、负载类型、控制方式、额定容量等因素。
无功补偿装置的选型与布置方法无功补偿装置作为电力系统中重要的设备之一，能够有效地改善电力系统的功率因数，提高电力传输效率，降低线路和设备的损耗，保障电力系统的稳定运行。
本文将从无功补偿装置的选型和布置方法两个方面进行论述，并提出一些实用的建议。
一、无功补偿装置选型方法无功补偿装置的选型应综合考虑电力系统的负载特性、功率因数要求、装置额定容量、成本等多个因素。
1. 考虑负载特性在选型无功补偿装置时，首先要了解电力系统的负载特性，包括系统的瞬态特性、谐波分析和无功需求曲线等。
根据负载特性可以确定无功补偿装置的类型，如静态无功补偿装置(SVC)、STATCOM等。
2. 确定功率因数要求根据电力系统的功率因数要求确定无功补偿装置的容量。
一般来说，电力系统的功率因数应在0.95以上，根据实际情况可以适度调整。
功率因数越低，无功补偿装置的容量就需要相应增大。
3. 选取合适的装置额定容量装置的额定容量是选型的重要依据之一。
根据电力系统的负荷需求和功率因数要求，结合装置的负载能力和承受能力，选取合适的额定容量。
4. 综合成本考虑除了以上因素外，还需要综合考虑无功补偿装置的成本因素。
包括购买、安装、运行、维护等成本，以及无功补偿装置的寿命和可靠性等因素。
经济性是选型过程中需要重点考虑的因素之一。
二、无功补偿装置布置方法无功补偿装置的布置要结合电力系统的特点和实际情况，合理布置，确保其有效运行。
1. 平衡布置无功补偿装置应尽量均匀地布置在电力系统中，以实现负荷的无功均衡。
合理布置可以减小线路的无功损耗，优化电力系统的电压质量。
2. 注意容量匹配在布置过程中，应注意无功补偿装置的容量与负载容量的匹配。
过大或过小的装置容量都会影响系统的稳定性和经济性。
根据实际需求，进行灵活的调整和优化。
3. 考虑装置位置无功补偿装置的布置还需要考虑其位置选择。
一般来说，无功补偿装置应尽量靠近负载中心，以减小线路损耗和电压波动。
同时，还要充分考虑设备的安全性和维护便利性。
风电场无功补偿装置选型的估算分析摘要：本文阐述了风电场无功补偿的重要性，分析了风电场的无功特性，给出了风电场主要设备无功功率估算方法的设计方式，并举例对一个风电场的无功功率进行了估算。
对比分析目前主流的几种应用于风电场的无功补偿装置的原理及优劣势，指出风电场无功补偿装置选型发展趋势。
关键词风电场；无功补偿；估算方法；选型近年来，风力发电并网装机容量每年以30%的速度增长，预计未来十年内增速也超过15%。
然而，因风能具有随机性和间歇性特点，大规模将风电接入电网将对电力系统的安全稳定运行、电能质量以及功率的实时平衡等方面产生不利影响，大量风电机组的集中起停对电网的安全影响越来越突出。
2011年以来甘肃酒泉、河北张家口等地相继发生的大规模风机脱网事故，严重影响电网安全。
为了保持升压站的电压波动在要求的范围内，就需要在升压站进行动态无功补偿，因此研究升压站的无功补偿装置选型对于风电场来说非常重要。
1 风电场的无功特性目前风电场单台风机容量较小，数量众多，每台风机均由一台箱变升压至统一的10kV或35kV母线上，箱式变压器数量众多，无功损耗大。
经10kV/66kV或35kV/220kV变压器升压送出，升压变压器无功损耗大。
风电场处于负荷末端，与系统联系弱，长距离的输电线路传输导致一定的无功损耗。
风电电源往往处于远离负荷中心的电网边缘，与电网之间的连接相对较弱，大规模瞬间停机造成的瞬间无功富余无法由内陆地区的电力系统有效消化。
因此，有必要在风电场的接入点选择性地安装快速无功补偿设备，以提供必要的无功和电压支撑。
2 风电场的无功补偿装置选型分析目前风电场主要采取以下四种无功补偿装置：并联电容器组、有载调压变压器、动态无功补偿装置（分SVC、SVG两种）。
四种无功补偿装置特点的比较见表1。
（1）并联电容器并联电容器组只能通过开关分组投入或切除，但分组数量有限，一般是2-4组，通常用于电网的变电站。
并联电容器补偿可用断路器连接至电力系统的某些节点上，并联电容器只能向系统供给感性的无功功率，但具有调节不平滑、响应速度慢、对电压的升降敏感等缺点，因此现已退出主力市场。
风电场无功补偿计算的相关研究摘要：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。
风电场无功补偿装置选型的估算分析
作者：钱海
来源：《电子世界》2013年第06期
【摘要】阐述了风电场无功补偿的重要性及国家对风电场无功的最新政策要求，分析了风电场的无功特性，并给出了风电场主要设备无功功率估算方法的的设计，并举例对一个风电场的无功功率进行了估算。
对比分析目前主流的几种应用于风电场的无功补偿装置的原理及优劣势，指出风电场无功补偿装置选型发展趋势。
【关键词】风电场；无功补偿；估算方法；选型
近年来，风力发电并网装机容量每年以40%的速度增长，预计未来十年内增速也超过20%，截止2011年底我国已经成为全球最大的风力发电市场。
然而，风电作为电源具有随机性和间歇性，大规模风电场接入电网将对电力系统安全稳定运行、电能质量以及功率的实时平衡等方面产生不利影响，大量风电机组的集中起停对电网的安全影响越来越突出。
2011年以来甘肃酒泉、河北张家口等地相继发生的大规模风机脱网事故，严重影响电网安全，对此国家在下发的《关于加强风电安全工作的意见》中明确指出：“风电场接入系统设计要对可能引起的系统电压稳定问题进行研究，优先考虑风电机组无功调节能力，合理确定风电场升压站动态无功补偿方案。
电力调度机构应参与接入系统的设计审查，根据电网运行情况，提出具体审查意见”。
为了保持升压站的电压波动在要求的范围内，就需要在升压站进行动态无功补偿，因此研究升压站的无功补偿装置选型对于风电场来说非常重要。
本文将分析风电场的无功特性，对补偿方式的选择和设备选型展开研究，从而对后续规划建设的风电场提供参考。
1.风电场的无功特性
目前风电场单台风机容量较小，数量众多，每台风机均由一台箱变升压至统一的35kV母线上，箱式变压器数量众多，无功损耗大。
经35kV/110kV变压器升压送出，升压变压器无功损耗大。
风电场处于负荷末端，与系统联系弱，长距离的输电线路传输导致一定的无功损耗。
风电电源往往处于远离负荷中心的电网边缘，与电网之间的连接相对较弱，切机造成的瞬间无功富余无法由内陆地区的电力系统有效消化。
故障后，整个弱连接系统可能会因为过多的无功富余有过电压的危险。
因此，有必要在风电场的接入点选择性地安装快速无功补偿设备，以提供必要的无功和电压支撑。
2.风电场的无功补偿装置选型分析
目前风电场主要采取以下四种无功补偿装置：并联电容器组、有载调压变压器、动态无功补偿装置（分SVC、SVG两种）。
四种无功补偿装置特点的比较见表1。
1）并联电容器
并联电容器组只能通过开关分组投入或切除，但分组数量有限，一般是2-4组，通常用于电网的变电站。
并联电容器补偿可用断路器连接至电力系统的某些节点上，并联电容器只能向系统供给感性的无功功率，但具有调节不平滑、响应速度慢、对电压的升降敏感等缺点，现基本已经退出运行。
2）有载调压变压器
可以通过机械开关改变变压器的抽头实现有级差的调节补偿的无功功率，但调压变压器的抽头数量有限，同时还有一定的基准无功容量，因此无功功率的调节能力有限。
在某些情况下，有载调压按其升降逻辑改变分接头时，非但没有改善电压条件，反而会使之更加恶化，甚至认为是引起电压崩溃的重要原因之一。
因此，在实际运行时根据规程谨慎使用。
3）动态无功补偿装置
动态无功补偿装置分为SVC和SVG两种，其中SVC静止无功补偿系统都是无功部件（电容器和电抗器）产生无功功率，并且根据需要调节容性或感性电流。
SVG是通过使用大功率可关断晶闸管（GTO）器件代替普通的晶闸管构成的无功补偿装置。
风电场的升压站应该选用无功功率调节线性度较好的补偿装置。
MCR型SVC损耗虽然较高，但价格较低，比较适合于中小型风电场。
TCR型SVC的晶闸管直接安装在高压回路中，故障率和损耗均最高，因此不推荐采用。
同是TCR型的SVG的价格虽然要比SVC高一些，但占地面积小、运行和维护费用低，因此很适合用于风电场升压站无功补偿。
3.风电场的无功补偿装置选型实例
某50MW风电场布置1500kW直驱永磁同步的风电机组33台，风电场配备一台额定容量SN为50MVA的主变，该变压器的空载电流I0%为1%，短路电压Us%为10.5%；每台机组配备额定容量SN为1.6MVA的箱变，该变压器的空载电流I0%为1.4%，短路电压Us%为
6.5%；集电线路三回单回17KM，采用地埋电缆线路，电缆根据负荷电流可以选择截面150平方毫米的铜芯电缆，该电缆的电抗X为0.125Ω/km，对地电容C为0.167μF/km。
风电场升压站实际运行中的无功补偿容量应该满足系统稳定要求、满足升压站稳定运行的要求和满足风电电力不稳定时升压站运行的要求，这些要求都与变压器、风电场集电线路和风电机组的无功功率有关。
1）变压器的无功
为了满足升压站稳定运行的要求，风电场升压站的无功补偿容量必须补偿电气设备，例如主变、箱变等的无功损耗。
实例中在风机满发情况下，单条集电线路的无功损耗根据（2）式计算得出无功功率为-0.26MVA，三条集电线路的无功损耗为-0.77MVA。
3）风电机组的无功
为了保证风电电力不稳定时风电运行的稳定，升压站必须补偿风力发电机组吸收的无功功率。
目前应用较多的风力发电机组按照发电机的类型大致可以分为恒频恒速异步发电机、恒频变速双馈异步发电机和直驱永磁同步发电机。
实例中风电机组为直驱永磁同步发电机，在机端装设有全功率变流器，可以控制发电机输出电压的幅值和频率。
正常运行和风电场故障时，全功率变流器可以进行无功功率调节，永磁同步发电机都不需要从系统吸收无功功率。
变流器的容量和发电机的容量是匹配的，因此整个风场如果全部采用直驱永磁同步发电机，也可以不考虑增加无功补偿容量。
综上所述实例中50MW风电场主要设备无功损耗包括主变无功损耗5.65MVA，箱变无功损耗3.762MVA，集电线路的无功功率-0.77MVA，风电机组无功功率等效为0MVA。
实例中风电场在最大工况下估算无功功率为8.642MVA，本实例中风电场装设容量为12.5Mvar 35kV 动态无功补偿装置1套，装置主要包括：12.5Mvar晶闸管控制电抗器（TCR）、电容器成套装置、控制监控系统等组件及其相关附件。
补偿成套装置的电容器容量与动态无功补偿装置容量相同，均为户外三相式，各由三个单相组成，由断路器控制，晶闸管控制电抗器与电容器并联。
根据估算数据分析，该实例中风电场满足《国家电网风电场接入电网技术规定（修订版）》中对无功补偿装置技术参数的规定：“电场接入电力系统后，并网点的电压正、负偏差的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%。
风电场无功功率的调节范围和响应速度，应满足风电场并网点电压调节的要求，风电场升压变电站高压侧的功率因数按1.0配置，运行过程中可按-0.98～+0.98控制”的要求。
4.结论
1）对于风电场升压站的无功补偿装置，处于电网末端的中小型风电场可以考虑装设MCR 型SVC，处于电网枢纽中心的风电场或大型风电场可以考虑装设SVG。
2）无功补偿容量需要经过计算得出，不能按风电场比例进行配置，要优先考虑利用风机自身的无功。
3）风电场的无功损耗应计算箱式变压器、集电线路和升压站升压变压器的损耗，风电场升压站无功补偿容量应为箱式变压器、集电线路和升压站升压变压器的无功损耗减去风机本身可发的无功容量。
4）风电场的无功补偿容量还要考虑具体的工程情况和电网情况，最终的补偿容量需要由接入系统设计部分确定。
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