江西电网风电场动态无功补偿装置应用比较

吴剑飞卜虎正

摘要：随着近几年江西风能利用的快速发展，大规模风电场并网引起江西电网电能质量问题日益凸显。本文对江西电网应用的TCR型SVC、MCR型SVC和SVG三种典型风电无功补偿装置的补偿效果进行了比较探讨。

关键词：江西电网、风电、无功补偿、SVC、SVG

引言

江西省风能分布不均，加上风能的不确定性和间歇性，导致江西省风电发展中存在着一系列问题：

1）风电场规划和电网规划脱节，风电利用小时数低；

2）江西电网电源结构单一，调峰手段有限，风电的间歇性和反调峰特性突出，加重了系统调峰困难。

3）风电接入地区电网普遍薄弱、消纳能力有限；

4）风电具有随机性、不可控性的特点，出力难以预测，影响电网电能质量；

风电无功备用容量和无功调节速度是维持风电场稳定的重要因素，以江西35kV电网应用为例，比较MCR型SVC、TCR型SVC和SVG三种无功补偿装置的性能。

1、响应时间

响应时间是指控制器发出空载至满载阶跃控制指令，装置容量从10%额定容量增至90%额定容量所需的时间。

MCR型SVC典型响应时间为150ms~300ms，通过增加外接强力磁电路，MCR型SVC的响应时间可达到20~30ms。

TCR型SVC以相控方式完成装置容量调节，响应时间处于30ms~50ms之间。

SVG典型响应时间为是10~20ms，在三类动补装置中响应最快。

图2：TCR型SVC响应时间

2、损耗特性

MCR型SVC基于MCR铁芯饱和原理进行容量调节，铁芯有效材料消耗大，工作在深度饱和状态，损耗主要源于铁损和线圈铜损，损耗在三类装置中最为严重，效率在93%左右。

TCR型SVC损耗主要来源于电抗器和晶闸管器件，效率在96%左右。考虑配置接入变压器的TCR型SVC损耗会有所增高，效率相应降低。

SVG效率可达97%，在三者中最高，其中直挂式SVG比变压器接入式SVG在效率上有明显优势。主要表现在直挂式工作电压高，电流小，器件开关损耗和导通损耗都有明显改善；变压器接入式SVG由于输出电流要求高，器件开关损耗和导通损耗较大，加上变压器损耗，使总体效率降低。

3、谐波特性

MCR型SVC在不同容量并网点向上系统注入的谐波电流水平有所差异，MCR在半额定容量以下时注入系统的谐波电流比较大，随着MCR铁芯饱和，容量增大，注入系统的谐波电流逐渐减小，达到额定容量时，谐波电流达到最小，电流波形接近完美的正弦波。但在容量调节范围内，谐波水平往往会超标，当MCR型SVC形成三角形接线时，需在无功补偿支路上增设5、7次谐振滤波电感，在满足无功补偿的同时，兼顾滤波功能。

TCR型SVC通过晶闸管相控方式进行容量调节，在容量调节范围内产生大量奇次谐波，随着触发延迟角变化，各次谐波含量相应变化。同样需要单独设置容性无功补偿兼滤波支路。

链式SVG采用脉宽调制算法，产生以等效频率为基准的高次谐波，设置输出滤波器很容易滤除。使得链式SVG输出电流波形达到较为理想的正弦特性。也可设定SVG运行与谐波补偿模式，用于抑制系统内其他谐波源注入系统的谐波电流，实现SVG无功补偿和谐波治理的多目标控制。

4、占地面积

链式SVG结构布置紧凑，在三类装置中占地面积最小，其中直挂式SVG由于没有变压器空间，占地最省。MCR型SVC和TCR型SVC因容量水平占地面积有所不同，但由于必须配置滤波支路导致总占地面积比SVG显著增大，一般超过SVG占地面积的70%。

5、结论

本文分析比较了TCR型SVC、MCR型SVC和SVG三类无功补偿装置的响应时间、谐波特性、损耗特性、占地面积，其中链式直挂式SVG综合性能最优，是江西电网大规模并网风电场动态无功补偿设备的最佳选择。

参考文献：

[1]周腊吾，徐勇，朱青等．新型可控电抗器的工作原理与选型分析[J]．变压器，2003，40（8）：1~5

[2]刘涤尘，陈柏超，田翠华等．新型可控电抗器在电网中的应用与选型分析[J]．电网技术，1999，24（2）：56~59