● 广州市奔流电力科技有限公司 曹琪娜 江浩侠 李桂昌

鉴于我国风电场接入的无功配置情况，单纯配置静态无功补偿装置无法满足风电场在出现故障或扰动时容量快速变化的无功需求，无法实现动态无功补偿。此外，由于风速随机性很强的原因，风电机组的无功和有功功率波动速度较快，因此风电机组所配置的动态无功补偿装置需要满足一定的动态响应速度。

基于此，本文考虑了风电机组接入配电网后的电压质量、线损率和投资回收期的综合因素，提出一种适应风电场接入配电网的动静态混合无功补偿配置方法，从供电企业和用户两方面的利益出发，可为风电接入配电网的无功配置提供实用指导。

1 特性分析

以双馈型风电机组为研究对象，风电场的无功消耗主要来源于变压器和集电线路，其中变压器损耗、集电线路感性无功损耗与工作电流的平方成正比，即与风力发电机发出的有功功率的平方成正比，所以风力发电机的无功损耗是随发电功率的变化而变化的。

此外，由于风速的随机性和间歇性特点，风电场一天内的出力也是随机变化的，即风电场中输出的有功功率随着风速的变化而随机变化的。当风电场在阵风、间歇风时会对电网产生冲击过程，同时风速在某一风速下随机波动时也会产生波动过程。

对于双馈式风机来说，其谐波的主要来源是变速箱，由于变速箱始终处于工作状态，谐波电流大小与输出功率基本呈线性关系，但风电机组各次谐波电流的含有量不是很大，主要含 2、3、5、7 次谐波电流，其中 5、7 次谐波最严重，总谐波电流畸变率一般为3.4%～6.0%。

2 影响分析

风电场接入电网的典型模型为风电机组升压到110kV后接入附近的中心负荷变电站，给中心负荷供电；同时远方220kV线路的电源作为110kV变电站进线，经过降压变压器向低压侧母线提供电能，即负荷由风电场和电网进行供电。此时，风电场及电网共同向母线所带负荷进行供电，二者表现为“互补”的形式，即当风电场出力大时，负荷多从风电场吸取有功功率，减小了向网侧索取有功功率的需求，反之亦然。

（1）电压偏差影响。对风电场接入电网的典型模型进行仿真研究发现，风电场并网点的电压偏差情况随机组接入容量增加而产生的变化并不是十分明显，电压稍微偏低但仍在风电场并网点的考核下限－3%以上。

（2）电压波动影响。风电机组在随机的风速作用下，其功率输出具有变动的特性，容易引起所接入系统的电压波动问题。这种连续的电压波动可能会引起相对严重的闪变问题，危害主要体现在：照明灯光闪烁，引起人的视觉不适和疲劳；影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果；电压波动引起电动机转速不均匀。

3 无功配置现状

风电场自身输出无功功率的能力有限，在其出力较大的情况下需要补偿感性无功功率；同时风电场一般通过较长的输电线路接入系统，当出力较低时，长距离输电线路的充电功率会导致风电场并网点的电压升高，此时需要增加感性补偿。风电场的无功补偿分为静态和动态无功补偿2种。

（1）静态无功补偿装置主要用来补偿系统正常运行时的无功功率损耗，如异步机的励磁和变压器的运行损耗，一般的做法为在异步机的端口母线处加装并联电容器。

（2）动态无功补偿装置主要用来补偿风速扰动或者故障时异步机所吸收的大容量的无功功率。目前，应用于风电场的动态无功补偿装置主要有TCR型静止无功补偿装置（SVC）与静止无功发生器（SVG）两大类，二者在平衡无功功率、稳定电压水平方面，均有较好的效果。

目前，南方电网公司对风电场的接入通常要求配置SVG进行无功补偿，以快速响应风速引起的出力变化，减小并网点的电压波动，一般要求控制在额定电压的－3%～+7%。

4 无功配置方法

风电场不仅与其所处位置的风速情况紧密相关，还与风电场并网方式、接入位置、并网点负荷情况有关，单一模型下的优化结果难以解决风电场接入的无功优化配置问题。此外，风电场本身作为一个发电环节，难以评价其经济性、投资回收期，甚至风电场接入线路后的线损率等情况。因此，针对风电场的无功优化配置研究需全面考虑效果性和经济性方面的因素。

本文以固定电容器FC作为静态无功补偿设备类型、以静止无功发生器SVG作为动态无功补偿设备类型，并考虑电压质量、线损率和投资回收期的综合因素，提出一种适应风电场接入配电网的动静态混合无功补偿配置方法。具体步骤为：根据风电场自身的特点以及相关文献对无功补偿容量以及节点电压的规定，计算适应风电场接入容量的补偿容量初值；从总的补偿容量、固定补偿和动态补偿的比例、设备类型三个角度形成不同的无功补偿方案；利用潮流计算程序计算电压质量改善目标、线路负荷目标和投资回收期目标三种方案下的目标函数值，将目标函数值最大的补偿方案作为最优补偿方案。

经风电场接入电网的典型模型的仿真结果，归纳提取出风电场无功配置的实用方案为：

（1）风电场无功补偿以动静态混合补偿方式进行配置。

（2）风电场无功补偿容量按风电装机容量的30%～40%确定。

（3）采用SVG作为动态补偿设备类型并以动态补偿为主，动态补偿容量应占无功配置总量的70%～80%，以适应风力变化引起的风电场出力波动。

5 结束语

风电能源清洁无污染且安全可控，但也存在暂态稳定性差以及无功电压控制不到位、大规模集中式开发容易给电网安全带来不稳定影响等问题。SVG作为解决风电场动态无功电压问题的有效载体，应当加强其在动态无功电压控制策略以及实际工程应用方面的研究。