风电场动静态无功补偿协调控制策略研究

风电场动静态无功补偿协调控制策略研究

李茂福

云南华电福新能源发电有限公司，云南昆明 650228

摘要：就当前风电场无功电压的控制模式来说，很多风电企业在技术运用过程当中，仅仅考虑了风电场的无功平衡，并没有充分考虑到大型风电基地的电压需求，因此，本文通过对风电场的无功电压协调控制进行论述，希望能对当前风电场的发展带来一定的借鉴作用。

关键词:风电场；动静态无功补偿；协调控制策略研究

无功补偿协调控制的风电场的体系成为现阶段风电场运行的重要性研究课题。就我国目前的电网运行情况来看，对于风电场接入管理技术，仅仅是针对单个的风电场进行基本的考核。在进行风电开发之前，风电场的数量并不多，而且它的基本电力容量相对小，因此，电压问题往往局限于风电场的自身，这种问题的出现，将成为影响电压的重要因素，但是，随着风电规模扩大，电机单场容量也在增加。因此，就当前风电场单位的工作，首先需要各个部门对工作内容进行调解，从而将风电场汇集到一个整体的电压管理过程中，从而为整个电压网的管理提供充分的保障。

1风电场无功电压控制的原则

1.1风电场无功电压控制的分工

风电场关于无功管理和电压控制需要电网和风电场协同完成。电网的主要任务是将风电场纳入到整个电网进行无功优化的方式，向风电场下达关于蜈蚣管理和电压的目标，从而更好地保证整个电网正常运行。风电场的任务是综合采取管理手段进行风电场的内部无功优化，从而更好地进行电网调度指令保障风电场的正常运行。对于电网和风电场的共同作用之下，对于无功电压进行控制，一旦任何一方遭到破坏，那么另一方的安全也很难保障。通过合理的对风电场无功电压控制，使得双方都能受益，这也对双方提出了具体的要求。在进行风电场全网无功优化过程时，需要对风电场提出分功率进行信息预测，而风电场在进行场内无功优化过程当中，也需要根据电网提供的信息预期控制目标进行管理。

1.2 风电场无功电压控制策略设计的基本要求

对于风电场无功电压控制策略，首先应该满足以下几种要求：第一，响应速度快，适应能力；第二，能够兼顾经济性，安全性的特点；第三，能够区别并且适应复杂的情况，由于在正常情况和故障状态，风电场的无功源容量和种类之间存在差异；第四，具有很高的兼容性，因为风电场通信条件容易受到外在天气的破坏，因此，控制策略的执行效果应该不能过分依赖通信的可靠性^[1]。

1.3风电场无功电压的控制手段

对于风电场常用的无功电压控制过程当中会受到电抗器、电容器组和静止无功补偿器的影响。当电压处于安全没有受到威胁时，DFIG也可降低自身有功出力，能够更加科学的进行无功容量的调节，更好改善风电场电压水平。然而，通过调节载调压(on-load tap changer, OLTC) ，那么变压器分接头就不会产生无功功率，仅仅是改变了无功功率的分布情况。电抗器、电容OLTC分接头都是属于离散调节设备，因此，用于补偿风电和电网时波动较大。SVC、STATCOM. DFIG属连续调节设备, SVC、STATCOM成本高，容量较小，而DFIG虽然容量较大，但为提高故障穿越能力应尽量减小无功出力，因此SVC、STATCOM与DFIG可用于补偿风电与电网的小幅波动、暂态、动态过程。

2风电场电压控制的整体策略模式

2.1.计划模式

为了更好的保障电网和风电场的安全运行，本文根据电网运行计划以及相应的精度，对于风电场超短期功率进行预测，从而设计出更适合风电场的电压控制方案，根据滚动的风电场超短七功率的预测信息和电网所发的控制目标进行结合，对于风电场做好AVC每隔15 min综合考虑经济及安全性的优化，并且需要跟电容器组合载调压变压器的接头进行控制计划，从而发放到各自的本地控制器之中。通过使用本地控制器的方式，能够在通信中断的情况下，仍能保持风电场电压的安全和稳定运行。

2.2在线模式

对于离散设备在完成大幅补偿之后，可以利用动态无功补偿的方式进行电网调控跟踪，从而控制目标。若同时进行SVC、STATCOM和DFIG的控制，这样的方式很容易引起反复调节，因此需要将两者之间的控制时间错开，并且综合考虑到DFIG通信其可靠性低，并将DFIG与SVC、STATCOM的控制周期分别设为10s与ls的方式进行^[2]。

2.3紧急模式

在具体的运行过程当中，由于扰动持续的时间较短，因此，无功补偿装置和风电场的AVC难以完成通信,因此，在进行无功补偿设备设计过程当中，应该采取紧急模式的方式，才能尽快的进行本地无工控制，再结合自身的端电压进行判断是否受到其他的干扰^[3]。

3影响风电系统控制电压稳定性的因素

3.1部分电网风力装置的电容装置相对较大

关于风力发电机的风能形式，由于风速以及风向在运行过程当中具有一定的随机性，因此，在整风电机系统的运行过程当中，会存在波动性的情况，而这种情况的出现在一定程度上，会给整个电力系统的运行带来影响和制约性。随着我国风电事业的发展和扩大，对于大量的机群并列的情况不断出现，使得电场中的电能容量达到了数百兆瓦

^[4]。

3.2无功补偿存在装置设备建设不规范

在整个风电机组中，就发电机类型的情况，在进行整个装置处理的过程当中，具体包括了双馈型感应发电机、鼠笼异步风力发电机以及直驱永磁力发电机。就现阶段风电机组的技术应用过程当中，通过将发电机和反馈感应，风力发电机作为主流型的无功功率运用模式，由于风力系统的影响较大，会对整个风电力系统的运用带来一定的影响^[5]。

4关于风电场无功补偿协调控制策略分析

4.1优化目标的函数分析

对于已经汇入到母线当中的B2母线来说，主要的方式是根据地区电压控制中的中枢位置，它是保证地区电压安全运行和电压质量的重要因素。因此，在系统的应用过程当中，可以融入函数分析的方式，从而引入到中枢点电压偏差指标当中，最后展示出来^[6]。

4.2模型求解的理念

在进行协调控制系统的技术运行过程中，对于无功优化的技术形式，主要是以电力系统中寻求最小的数值动作，再结合遗传算法的技术进行模型求解。

5结语

总而言之，就目前我国电力事业以及电力系统的运行过程当中，要想从根本意义上来优化升级风电系统，只有不断的探究风电场动静态无功补偿协调控制的具体形式，从不断优化风力发电系统的工作原理出发，真正实现风力开发模式的具体要求，因此，在风电场无功控制理念的建设中，首先将控制中心作为风电场无功电压的基本要求出发，在工作过程当中，根据无工配置的具体要求，不断的优化控制策略，并且对各个风电场的无功设备进行协调，从而建立完善的运行体系，使得整个电网系统能够稳定安全的运行，为我国的电力事业全面发展打下坚实的基础。

参考文献：

[1] 陈惠粉, 乔颖, 闵勇,等. 风电场动静态无功补偿协调控制策略[J]. 电网技术, 2013(01):248-254.

[2] 张敏, 陈秋宇, 雷达,等. 风电场动静态无功补偿协调控制策略[J]. 工程技术:文摘版.

[3] 李业刚. 风电接入的配电网无功补偿协调控制研究[J]. 大庆师范学院学报, 2019, v.39;No.179(03):28-32.

[4] 叶景. 双馈风电场集群并网无功电压协调控制分析[D]. 沈阳工程学院, 2019.

[5] 沈阳武, 梁利清, 张斌,等. 基于改进灵敏度算法的风电场分层协调优化控制策略[J]. 电力系统及其自动化学报, 2020(9).

[6] 罗雁楠. 考虑风电出力相关性及动态稳定性的电力系统无功优化研究[D]. 东南大学, 2019.