风电场动态无功补偿装置性能检测技术
摘要：风力发电的开发利用是新能源发电的重要组成部分。随着风电普及率的逐渐提高，风电接入对电力系统的影响不容忽视。风电资源的不确定性和风电机组的运行特性使风电场的输出功率波动，容易导致功率因数不合格、电压偏差、电压波动和闪变，采用无功补偿装置可以有效地改善这些问题。风电场直驱发电机组的同步电机发出有功、无功的同时也吸收无功，进而影响电网电压的稳定性。利用加装动态无功补偿装置，能有效调节并网电压。为验证动态无功补偿装置的性能，本文通过分析装置工作原理，提出了动态无功补偿装置性能检测技术。
关键词：风电场；动态无功补偿装置；性能检测；应用
引言
随着电力行业技术的不断发展，电网复杂性进一步增加，无功补偿对电力系统安全稳定经济运行有着重要意义。无功补偿装置是电力系统的重要装置，能用于母线电压控制，有效减少电压波动。风电场直驱同步发电机在其输出有功功率的过程中同时吸收无功功率，导致并网
vimax
点出现电压波动，因此对于直驱机组并网运行时需分析电压稳定性。动态无功补偿装置是通过IGBT模块的开关实现调整，其动作速度较快，相对性能较好。运用无功补偿装置的相关研究进行探讨，以实现对不同工况补偿容量的确定，提升风电场电压稳定性。基于此，本文对适用于风电场的动态无功补偿装置性能检测展开概述。
1无功补偿工作原理
1.1 SVC（静止无功补偿器）工作原理
SVC基本结构见图1。
图1 SVC基本结构图
FC由固定电容器和串联电抗器组成，为电网提供固定的容性无功，亦可滤除TCR的谐波。T
SC由反并联可控晶闸管、串联电容器及阻尼电抗器组成，可控晶闸管投切电容器，提供可选容量的容性无功，通常选择在系统电压峰值投入，在电容器电流为零时切除，使投切时的冲击电流达到最小。TCR由反并联可控晶闸管及串联电抗器组成，可看作是一个可变电纳，改变触发角就可改变电纳值，因系统电压是不变的，改变电纳就能改变基波电流，从而控制与电网交换的无功功率大小
1.2 SVG（静止无功同步补偿器）工作原理
SVG是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，相当于一个无功电流源。其基本原理为通过调节SVG中电压源型逆变器的输出电压与电网电压形成幅值差，从而控制注入电网的无功电流。理论电路模型见图2。
Uc为SVG中电压源型逆变器等效电压源，Us为电网等效电源，X为串联电抗器L的电抗。则无功功率计算公式可近似表达为式（1）：
（1）
通过调节Uc大小，可连续控制SVG与电网交换的无功功率及大小。
图2 SVG等效电路模型
2 SVG无功补偿特点
（1）SVG采用高输出截至功率电子装置（IGBT），因此能够连续调整无功功率输出，实现快速动态响应。只要满足补偿能力要求，功率因数补偿要求就满足最大范围，功率因数总是接近1.0，没有补偿问题。
（2）关于补偿容量，需要用FC的无功功率构成一般的TCR型装置和MCR型装置。例如，20mVar的FC电路需要包括20mVar的TCR设备或MCR设备以获得0到20mVar的无功功率调整范围。然而，在采用SVG补偿的情况下，仅需要10mVar的FC电路和10mVaSVG设备以获得相同的调整范围。因此，SVG设备的操作损耗比TCR/MCR类型的设备少一半。
（3）SVG装置不包含大容量的高压容量和电感等能量存储元件，还能够降低装置的运转损失，同时SVG装置的占地面积比TCR/MCR型装置小，进一步提高运转经济性。
（4）该新型电力电子装置IGBT在微秒数的范围内开通和断开，并且能够控制断开，因此能够控制，这比相控制晶门阀/可控制磁控制电抗器类补偿装置的响应速度更快非常有利于控制电压波动和摆动。
（5）谐波治理功能。与MCR/TCR型SVC补偿装置相比，SVG装置由于通电、断开时间短，所以装置输出电流接近正弦波，谐波含量低，动作自身不需要具备滤波器。TCR型SVC的无效输出电流受到触发角α控制、谐波的含量高，特别是MCR型SVC运转，会产生大量的3次、5次、7次等谐波电流。必须配备滤波器集来过滤谐波。过滤器的成本增加。另外，SVG本身具有13次以下的谐波的滤波功能，如果容量适当，则通过与FC无源滤波器协同动作，来抑制由负载引起的谐波电流，有改善网格电压的失真率的目的。
（6）高可靠性，小型保守性。满足IGBT功率模块N-1动作模式（热待机）。即，串联由IGBT功率模块构成的SVG阀在各阶段有故障模块时能够自动切换旁路，维持正常动作，能够大幅提高SVG的可靠性。同时，IGBT功率模块采用模块设计，减轻安装和调试的负荷，
基本上实现免维护。
（7）在电压控制中svg优于mcr/tcr。系统电压越低，越需要动态无功功率来支持系统电压。由于SVG的输出无效电流与系统电压无关，所以越是能够被认为是可控制的恒定电流源的系统电压越低，TCR和MCR的能力越低，输出无效电流IS。
3风电场SVG装置性能检测方案
3.1恒无功模式下连续调节能力及调节精度测试
设置装置为恒无功控制模式，根据SVG容量设置一定的变化步长逐步正增加变量直至容性额定容量，SVG感性输出能力及调节精度测试亦按上述方法进行验证，测试过程中应密切关注并网点电压变化，必要时应调整主变分接头，保证电压在安全运行允许范围之内，录取测试曲线。
3.2恒电压模式下连续调节能力及调节精度测试
设置装置为恒电压控制模式，通过设定不同的目标电压值，使SVG由接近感性无功额定值至接近容性无功额定值运行。录取测试波形，计算电压调整曲线斜率。
3.3恒无功阶跃动态响应测试
将SVG设置为闭环恒无功方式，在SVG在容性/感性输出工况下，设置阶跃量为额定容量的30%，录取动态SVG电流及参考点电压，测试SVG的动态响应特性，分析SVG系统响应时间及调节时间。
3.4恒电压阶跃动态响应测试
运行在系统恒电压方式，通过修改目标电压参考值来实现阶跃。参照恒无功阶跃测试的母线电压变化幅度设定电压阶跃值，按照恒无功阶跃的测试顺序和注意事项进行电压阶跃测试，记录并分析波形。
3.5控制模式切换测试
设置SVG为恒电压控制模式，待运行稳定后切换至恒无功控制模式，稳定后再切换至恒电压控制模式，验证SVG是否能够灵活、平稳切换，录取测试波形图。
3.6外部扰动动态响应测试

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