风电作为全球可再生能源开发利用中技术最成熟、最有大规模开发和商业化前景的发电方式之一,在减少环境污染、调整能源结构等方面具有巨大潜力 ,解决边远地区居民用电问题。 其突出的作用越来越受到世界各国的重视并得到广泛的开发利用。
根据我国风电发展规划,我国将在甘肃、内蒙古、新疆、河北、山东、吉林、江苏建立8个千万千瓦级风电基地。 预计2015年建成5808万千瓦,2020年建成9017万千瓦,占全国风电总装机容量的78%。
由于我国陆上风能资源主要集中在“三北”地区,除了常规风力发电的共性问题外,位于电网末端的风电基地还存在许多特殊的个体问题,包括系统 稳定性、传输容量和频率调节。 调峰、用电等。其中,无功电压问题是风电场并网运行中关注的主要问题之一。 需要采取措施有效调节风电场的无功功率和电压。
我国即将发布的风电并网新国标,不仅要求风机具备无功和电压调节能力,还要求具备低电压穿越能力。 新国标的颁布,将推动风电相关产业技术向更加电网友好的方向发展,实现更大规模风电的平稳消纳。
早期的风力发电机主要采用异步发电机。 他们没有能力维持和调整终端电压水平,并且必须在运行期间从系统吸收无功功率。 因此,风电场需要安装固定装置进行补偿。 随着电力电子技术的发展,出现了SVC、STATCOM等动态无功技术。 风电场采用固定电容动态无功补偿装置来控制无功功率。
近年来,风电场电压稳定的无功补偿问题一直是电力公司和相关研究机构关注的热点话题。 在此背景下,国内科研机构逐步开展了风电场无功控制技术的研究,包括风电机组无功控制技术、风电场无功补偿装置、FACTS装置协调控制等。
随着风电技术的发展,风力发电机已从不具备无功功率控制能力发展到能够输出一定量的无功功率。 目前,双馈异步风力发电机和永磁直驱风力发电机是主流机型。
双馈异步风力发电机通过控制实现有功/无功解耦,具有一定的动态调节无功功率输出的能力; 而永磁直驱风力发电机则满负荷并网,可灵活调节无功功率。 功能来控制。 两种类型的风力发电机都具有恒压模式运行的能力,这使得它们能够在一定程度上控制无功功率和电压。
为了满足不同场合的需要,开发了多种类型的适合风电场的无功补偿装置。 它们所需的成本不同,对电网电压暂态特性的影响也不同。
1、并联电容。 并联电容补偿可以通过断路器连接到电力系统的某些节点。 并联电容器只能向系统提供容性无功功率。 具有投资少、运行经济、结构简单、维护方便、容量可选等特点。 第一个缺点是调节不平滑,具有阶梯式调节,系统运行时无法达到最佳补偿状态。 二是投切响应慢,不适合频繁操作,无法对无功负载进行快速跟踪补偿。 第三,由于开关电容是分级补偿的,因此过补偿和欠补偿是不可避免的。 第四,电压下降时电压急剧下降,不利于电压稳定。
2、有载调压变压器。 有载调压变压器(OLTC)不仅可以在负载情况下改变分接,而且调节范围较大。 通常可以有UN±3×2.5%或UN±4×2.0%,范围从7到9。可用分接选项。 因此,有载调压器OLTC是电力系统调压的重要手段,但变压器不能用作无功电源。 相反,它消耗电网中的无功功率,是无功负载之一。
变压器抽头的调整不仅改变变压器各侧的电压状况,而且影响变压器各侧无功功率的分配。 在某些情况下,当有载调压开关按照其提升逻辑改变抽头时,不但不能改善电压状况,反而会使电压状况恶化,甚至导致电压崩溃。
3、静态无功补偿器。 静态无功补偿器通常由并联电容器组(或滤波器)和可调电感的电感元件组成。 与并联电容器的区别在于,它可以跟踪电网或负载的无功功率波动,并对无功功率进行实时补偿。从而保持电压稳定。 静态补偿器可以提高电压稳定极限,安装在系统的中心节点时起到很好的作用。 在技术和经济比较中它往往是首选的解决方案。
4、静态同步补偿器。 其基本电路分为电压型桥式电路和电流型桥式电路。 由于工作效率的原因,目前投入使用的电路大多采用电压型桥式电路。 具有调节速度快、操作范围广、调节范围宽、元件容量小、谐波含量小5大优点。
随着风电技术、电力电子技术和控制技术的发展,未来风电场的无功控制技术将基于“闭环”控制。 通过风电机组、无功补偿装置和电网的协调优化运行,实现风电场的无功控制技术。