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[摘 要]电网对电源点的电能质量要求不断提高，迫使可持续发展的风能不断改善自身以满足电源质量的要求。SVG是当前解决电网无功补偿的最好途径。风电场只有采用SVG无功补偿装置才有效解决自身不足。
[Abstract]the power grid power quality requirements increase， forcing the sustainable development of wind power of their own continuous improvement to meet the quality requirements. SVG is the best way to resolve the current power wattless power compensation. Wind farm using only SVG wattless power compensation device is effective to solve their own problems.
[关键词]风电场；无功补偿；SVG
[Keyword]wind farm； wattless power compensation； SVG
1 引言
为应对全球气候变化，减少温室气体排放，风能作为可再生能源，越来越受到瞩目。西北作为风能大省不断的在世人关心帮助下发展壮大。随着甘肃酒泉千万千瓦风电基地项目逐步投运，西北风电进入大规模并网时期，但同时也给电网的安全稳定运行带来了更大的挑战。在风电场容量相对较小并且以分散方式接入时，系统故障时风电场退出运行不会对系统稳定造成影响。随着风电装机容量在系统中所占比例增加，风电场的运行对系统稳定性的影响将不容忽视。
2011年2月24日，甘肃桥西第一风电场35KV电缆头单相击穿后发展成三相故障，导致酒泉地区16座风电场598台机组脱网，损失出力840MW，西北电网频率最低至49.854Hz。其中，因电压跌落引起风机脱网377.13MW，继而由于电压升高导致风机脱网424.21MW。
据统计，2011年上半年，甘肃各风电场共发生电气设备故障35次，其中，电缆头故障造成汇集线跳闸21次，保护插件故障造成设备跳闸或开关拒动5次，风吹异物造成带电设备跳闸3次，其他故障6次。
综上所述风电故障暴露出来的主要问题：风电场电缆头施工工艺及质量不过关；风电机组低电压穿越能力不合格；风电场无功补偿装置不能按要求自动调整；风电场35KV系统接线方式不合理等等问题。
2 提高电网的安全性和稳定性必须用动态无功补偿
针对以上电网存在的诸多问题，目前最理想的方案就是采用SVG无功补偿装置，用以提高电网稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网。
众多的科技资料都提及SVG，SVG是当今无功补偿领域最新技术的代表。SVG并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿系统所需无功功率。由于SVG的响应速度极快，所以又称为静止同步补偿器（Static Synchronous Compensato，简称STATCOM）。
SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。现阶段大容量风力发电机多为异步电机，在运行过程中需要吸收大量的无功，因此在风电场必须进行动态无功补偿。风力发电场采用SVG装置有以下优点：
提高线路输电稳定性
在长距离输电线路上安装SVG装置，不但可以在正常运行状态下补偿线路的无功损耗，抬高线路电压，提高有效输电容量，而且可以在系统故障情况下提供及时的无功调节，阻尼系统振荡，提高输电系统稳定性。
维持受电端电压，加强系统电压稳定性
对于负荷中心而言，由于负载容量大，又没有大型的无功电源支撑，因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。而SVG具有快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，提高负荷侧供电系统的电压稳定性。
补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗
电力系统中的大量负荷，如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等，在运行中需要大量的无功；同时，输配电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。
对电力系统而言，负荷的低功率因数会增加供电线路的能量损耗和电压降落，降低了电压质量。同时，无功也会导致发电、输电、供电设备的利用率降低；对于电力用户而言，低功率因数会增加电费支出，加大生产成本。
抑制电压波动和闪变
电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的。负荷的急剧变化会导致负荷电流产生对应的剧烈波动，剧烈波动的电流使系统电压损耗快速变化，从而引起受电端电网电压闪变。引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。
SVG能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
目前，抑制电压波动和闪变的最佳方案是采用SVG。
抑制三相不平衡
配电网中存在着大量的三相不平衡负载，典型的如电力机车牵引负荷和交流电弧炉等。同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡也会导致电压不平衡问题的产生。
SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，大大提高供用电的电能质量。
3、风电场的无功补偿装置必须按要求进行自动调整 在风电场必须进行动态无功补偿。风电场的无功补偿装置须按要求进行自动调整。以前，风电场通过安装一定的投切电容器来补偿风电场的无功需求，典型的风电场每天会有50～100次投切电容的动作。频繁的开关操作大大降低了电容器开关的寿命。另外，频繁投切电容带来的电压跳变还会影响风力发电机的齿轮箱，使之承受更多的压力。老式的分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速精确调节，在保证母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。相比之下，SVG调节速度快，可以平滑连续的调节输出无功，是理想的风电场无功补偿方案。现如今已有企业生产的SVG产品可以快速精确地进行容性及感性无功补偿，使SVG在稳定母线电压，提高功率因数的同时，彻底、方便地解决了无功倒送问题。并且，安装新的SVG系统时， 可以充分利用原有的固定电容器组和晶闸管相控电抗器（TCR）部分，用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效的方法。
目前，国内用于动态补偿的控制器，与国外同类产品相比有较大的差距，一是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好；二是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高、造成设备整体投资费用高。另外，相应的国家标准也尚未见到，这方面落后于发展。
SVG是作为先进的无功补偿技术，基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势：
响应速度更快SVG响应时间：≤5ms。
传统静补装置响应时间： ≥10ms。
SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。
大唐景泰风电场现已全部改造为SVG补偿装置，SVG调制方式采用单极倍频正弦脉宽调制技术产生IGBT触发脉冲，原理如图所示，单相桥输出为三电平。单链节载波频率设计为500Hz，调制比可调，单相SVG频率达6000Hz。 采用载波移相SPWM，在不提高开关频率的基础上，大大降低输出谐波。最低次谐波在120次以上。
采用光纤触发技术，实现一次系统与二次系统的电气隔离，解决干扰问题，做到了高可靠性和控制性。SVG设备通过自身的不断完善，已经愈来愈多被风电场广泛使用。
4、结论
（1） 风电场无功补偿装置不能按要求自动调整，解决之道是加装响应时间快的SVG设备。
（2）SVG动态无功补偿装置应用于风电场后，能有效稳定节点电压；阻尼系统震荡；补偿主变的无功损耗；改善系统的潮流分布。风电场的只有在加装了SVG动态无功补偿装置后，能促进绿色能源的发展，也带来巨大的经济效益。
[Abstract]the power grid power quality requirements increase， forcing the sustainable development of wind power of their own continuous improvement to meet the quality requirements. SVG is the best way to resolve the current power wattless power compensation. Wind farm using only SVG wattless power compensation device is effective to solve their own problems.
[关键词]风电场；无功补偿；SVG
[Keyword]wind farm； wattless power compensation； SVG
1 引言
为应对全球气候变化，减少温室气体排放，风能作为可再生能源，越来越受到瞩目。西北作为风能大省不断的在世人关心帮助下发展壮大。随着甘肃酒泉千万千瓦风电基地项目逐步投运，西北风电进入大规模并网时期，但同时也给电网的安全稳定运行带来了更大的挑战。在风电场容量相对较小并且以分散方式接入时，系统故障时风电场退出运行不会对系统稳定造成影响。随着风电装机容量在系统中所占比例增加，风电场的运行对系统稳定性的影响将不容忽视。
2011年2月24日，甘肃桥西第一风电场35KV电缆头单相击穿后发展成三相故障，导致酒泉地区16座风电场598台机组脱网，损失出力840MW，西北电网频率最低至49.854Hz。其中，因电压跌落引起风机脱网377.13MW，继而由于电压升高导致风机脱网424.21MW。
据统计，2011年上半年，甘肃各风电场共发生电气设备故障35次，其中，电缆头故障造成汇集线跳闸21次，保护插件故障造成设备跳闸或开关拒动5次，风吹异物造成带电设备跳闸3次，其他故障6次。
综上所述风电故障暴露出来的主要问题：风电场电缆头施工工艺及质量不过关；风电机组低电压穿越能力不合格；风电场无功补偿装置不能按要求自动调整；风电场35KV系统接线方式不合理等等问题。
2 提高电网的安全性和稳定性必须用动态无功补偿
针对以上电网存在的诸多问题，目前最理想的方案就是采用SVG无功补偿装置，用以提高电网稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网。
众多的科技资料都提及SVG，SVG是当今无功补偿领域最新技术的代表。SVG并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿系统所需无功功率。由于SVG的响应速度极快，所以又称为静止同步补偿器（Static Synchronous Compensato，简称STATCOM）。
SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。现阶段大容量风力发电机多为异步电机，在运行过程中需要吸收大量的无功，因此在风电场必须进行动态无功补偿。风力发电场采用SVG装置有以下优点：
提高线路输电稳定性
在长距离输电线路上安装SVG装置，不但可以在正常运行状态下补偿线路的无功损耗，抬高线路电压，提高有效输电容量，而且可以在系统故障情况下提供及时的无功调节，阻尼系统振荡，提高输电系统稳定性。
维持受电端电压，加强系统电压稳定性
对于负荷中心而言，由于负载容量大，又没有大型的无功电源支撑，因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。而SVG具有快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，提高负荷侧供电系统的电压稳定性。
补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗
电力系统中的大量负荷，如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等，在运行中需要大量的无功；同时，输配电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。
对电力系统而言，负荷的低功率因数会增加供电线路的能量损耗和电压降落，降低了电压质量。同时，无功也会导致发电、输电、供电设备的利用率降低；对于电力用户而言，低功率因数会增加电费支出，加大生产成本。
抑制电压波动和闪变
电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的。负荷的急剧变化会导致负荷电流产生对应的剧烈波动，剧烈波动的电流使系统电压损耗快速变化，从而引起受电端电网电压闪变。引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。
SVG能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
目前，抑制电压波动和闪变的最佳方案是采用SVG。
抑制三相不平衡
配电网中存在着大量的三相不平衡负载，典型的如电力机车牵引负荷和交流电弧炉等。同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡也会导致电压不平衡问题的产生。
SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，大大提高供用电的电能质量。
3、风电场的无功补偿装置必须按要求进行自动调整 在风电场必须进行动态无功补偿。风电场的无功补偿装置须按要求进行自动调整。以前，风电场通过安装一定的投切电容器来补偿风电场的无功需求，典型的风电场每天会有50～100次投切电容的动作。频繁的开关操作大大降低了电容器开关的寿命。另外，频繁投切电容带来的电压跳变还会影响风力发电机的齿轮箱，使之承受更多的压力。老式的分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速精确调节，在保证母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。相比之下，SVG调节速度快，可以平滑连续的调节输出无功，是理想的风电场无功补偿方案。现如今已有企业生产的SVG产品可以快速精确地进行容性及感性无功补偿，使SVG在稳定母线电压，提高功率因数的同时，彻底、方便地解决了无功倒送问题。并且，安装新的SVG系统时， 可以充分利用原有的固定电容器组和晶闸管相控电抗器（TCR）部分，用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效的方法。
目前，国内用于动态补偿的控制器，与国外同类产品相比有较大的差距，一是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好；二是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高、造成设备整体投资费用高。另外，相应的国家标准也尚未见到，这方面落后于发展。
SVG是作为先进的无功补偿技术，基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势：
响应速度更快SVG响应时间：≤5ms。
传统静补装置响应时间： ≥10ms。
SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。
大唐景泰风电场现已全部改造为SVG补偿装置，SVG调制方式采用单极倍频正弦脉宽调制技术产生IGBT触发脉冲，原理如图所示，单相桥输出为三电平。单链节载波频率设计为500Hz，调制比可调，单相SVG频率达6000Hz。 采用载波移相SPWM，在不提高开关频率的基础上，大大降低输出谐波。最低次谐波在120次以上。
采用光纤触发技术，实现一次系统与二次系统的电气隔离，解决干扰问题，做到了高可靠性和控制性。SVG设备通过自身的不断完善，已经愈来愈多被风电场广泛使用。
4、结论
（1） 风电场无功补偿装置不能按要求自动调整，解决之道是加装响应时间快的SVG设备。
（2）SVG动态无功补偿装置应用于风电场后，能有效稳定节点电压；阻尼系统震荡；补偿主变的无功损耗；改善系统的潮流分布。风电场的只有在加装了SVG动态无功补偿装置后，能促进绿色能源的发展，也带来巨大的经济效益。