风电场动态无功补偿装置性能分析与比较

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风电场动态无功补偿装置性能分析与比较

牛若涛

(北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特　010070)

　　摘　要:近年来,随着风力发电接入电网规模的逐步扩大,风电场无功补偿装置的补偿能力和响应时间等参数越来越受到各方重视。同时,随着电力电子技术的快速发展,应用于风电无功补偿装置的新材料新工艺也不断涌现。文章简要介绍风电场无功补偿装置的发展历史,重点介绍目前常用的各种风电场无功补偿装置的工作原理和系统组成,对各种补偿装置的运行特性、主要参数进行了详细的分析与比较。

关键词:静止型动态无功补偿;SVC;TCR;SVG

　　中图分类号:TM7　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2012)23—0095—03　　2011年是我国陆上风电产业继续发展的一年,仅内蒙古地区就增加吊装容量3736.4MW,累计容量17594.4MW。随着区域性风电场开发容量的逐渐扩大,风电机组并网对系统造成的影响越来越明显。国内目前的风电场大多采用感应式异步发电机,并入电网运行时需要吸收系统的无功功率。在风电场集电线路母线安装无功补偿设备则可以提供异步发电机所需的无功功率,降低电网因输送无功功率造成的电能损耗,改善电网的运行条件。

本文结合目前风电场广泛使用的不同类型无功补偿装置的运行维护经验,从无功补偿装置的原理、系统组成及功能特性等方面进行了对比分析,得出了风电场最优的无功补偿配置方案。1　无功补偿装置发展

风力发电机组多数是异步发电机组,输出有功功率的同时,需要从电网吸收一定的无功功率,容易引起并网点的电压波动,通常采用在风电场集电线路母线上安装静止型无功补偿装置SVC(StaticVarCompensator)的方式进行治理。SVC的发展历程大体可分为如下三个阶段:

第一阶段:早期的并联电容器组静态补偿装置,用电容器补偿容性无功。后来的磁阀式可控电抗器(MCR),采用直流助磁原理,利用附加直流励磁磁化铁心(自耦电抗器),改变铁心磁导率,实现电抗值的阶段性连续调整。这两种补偿方式调节能力差,目前已经基本淘汰。

第二阶段:晶闸管控制电抗器(TCR——ThyristorControlledReactor)与固定电容器(FC——FixedCapacitor)配合使用的静止型动态无功补偿装置(TCR+FC),是目前风电场广泛采用的

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比较成熟的无功补偿方式,能够跟踪负荷变化,实现实时补偿。

第三阶段:基于电压源型逆变器原理的静止型动态无功发生器SVG(Staticvargenerator),国际上又称STATCOM(静止同步补偿器——StaticSynchronousCompensator,简称STATCOM),是近年推出的新型无功补偿装置,关键部件采用大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT——InsulatedGateBipolarTransistor)可实现双向补偿,既能输出感性无功又能输出容性无功。

2　各种无功补偿装置原理简介2.1　TCR型SVC原理

图1　TCR型SVC原理图与波形图

如图1所示,U为负荷侧交流电压,Th1、Th2为两个反并联可控硅,在一定范围内控制其导通,则可控制电抗器流过的电流i。

2V(cos󰀁-cos󰀁t)󰀁L󰀁为Th1和Th2的触发角。i的基波电流有效值为:i=

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内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2012年第23期　

来确定输出功率的性质与容量,当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功,小于时输出感性无功。

通过调节输出电压幅值和相位则可以改变,从而达到连续调节无功性质与大小的目的,如图3。

V(2-2+2)I1=󰀁󰀂L󰀁󰀁sina

V——相电压有效值

󰀁L——电抗器的基波电抗(󰀁)

因此,可以通过控制电抗器L上串联的两只反并联可控硅的触发角󰀁来控制电抗器吸收的无功功率。

在风电场实际应用中,一般采用全部投入并联的电容器组(FC),用TCR叠加调节无功功率输出的运行方式。2.2　SVG原理

SVG是属于柔性交流输电系统(FACTS)的重要装置,它以三相大功率电压逆变器IGBT模块为核心,其输出电压通过变压器或电抗器接入系统,与系统侧电压保持同频、同相。

3U2

如图2所示,SVG发出的无功为:Q=2

2Rsin󰀁

其中U=jXI1,󰀁为逆变器输出电压与系统电压的夹角。通过调节其输出电压与负荷侧电压的关系

图2　SVG原理图

图3　各种运行模式下SVG工作波形图

　　在风电场实际应用中,一般用并联电容器组(FC)叠加SVG调节负荷侧无功功率,以降低整套装置造价。3.1　TCR型SVC系统组成

TCR型SVC主要由晶闸管阀组、相控电抗器、滤波FC单元、控制系统组成,如图4。

　2012年第23期　　　　牛若涛　风电场动态无功补偿装置性能分析与比较

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图4　SVC一次系统接线图

3.1.1　高压晶闸管阀组

高压晶闸管阀组是实现感性无功连续可调的关键设备,每个阀组单元由两个晶闸管反并联构成,每个阀组单元两端装有阻容均压保护电路。3.1.2　相控电抗器

相控电抗器是TCR型SVC的主要感性无功的输出单元,采用干式、环氧树脂固化空芯直筒型,每相上下二个电抗器线圈,线圈间用大爬距绝缘子隔开,电抗器骨架为非磁性材料。3.1.3　滤波+FC单元

滤波+FC单元是容性无功的输出单元,同时实现FC在运行中产生的谐波过滤功能。3.1.4　控制系统

目前的TCR控制系统采用光电触发,具有自取能、BOD保护、时序逻辑、触发监测和光电转换等多种功能电路。

3.2　SVG系统组成

风电场应用的SVG由启动单元、连接变压器、

IGBT模块、FC单元、

控制单元等部分组成,见图5。3.2.1　连接变压器

受目前大功率IGBT技术,对于风电场广泛采用的35kV母线系统,一般采用35/10变压器的形式实现SVG功能。3.2.2　IGBT模块

SVG的功率单元采用链式IGBT结构,将多个两电平H桥电路串联起来,达到电压叠加的目的。H桥电路如图6所示:

图6　SVG的TGBT原理接线图

3.2.3　FC单元

目前,用于风电SVG的IGBT模块已经可以满足±50MW的无功调节能力,但增加IGBT模块将提高整套系统造价,同时考虑到风电场异步发电机主要补偿容性无功的特点,目前广泛采用的是用SVG并联FC的形式,例如,某该项目需要调节20MVar无功功率,则配置±10MVar的SVG,并联10MVar的FC的解决方案。3.2.4　控制单元

SVG控制系统一般采用DSP芯片,实时跟踪计算电网无功功率及电压、谐波情况,实现动态补偿。每套SVG控制柜包含运算单元,触发单元、监控单元、同步单元和站控单元。

4　无功补偿装置的功能特性比较

TCR型SVC与SVG的功能特性比较见表1。5　结论

通过以上比较,SVG包含TCR型SVC装置的一切功能,同时体积更小,响应速度更快,补偿能力更强;SVG具备TCR型SVC没有的功能,能动态补偿谐波。另一方面,SVG的市场价格也在随着规模化生产而大幅下降,如采用SVG+FC的模式,目98

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汽包就地水位计放水门泄漏对水位指示影响

阿其图

(大唐国际内蒙古托克托发电有限公司,内蒙古呼和浩特　010206)

　　摘　要:汽包水位是锅炉运行的一个非常重要的监控参数,汽包水位的正常与否决定着机组的运行安全,同时汽包水位的调整对机组运行经济性也有很大影响,与锅炉蒸汽品质有着直接关联。该文介绍了在汽包水位偏差较大时,如何判断其成因,并根据汽包就地水位计的连通器水位指示原理对汽包就地水位计放水门内漏对水位指示影响进行针对分析,最后提出了预防汽包就地水位计放水门泄漏的注意事项。

关键词:汽包就地水位计;内漏;指示偏差;连通器原理

　　中图分类号:TK31　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2012)23—0098—03　　汽包水位是锅炉运行的一个非常重要的监控参数。汽包水位过高,会影响汽包内汽水分离装置的正常工作,造成汽包出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢,容易导致过热器烧坏、汽轮机产生水冲击;汽包出口蒸汽中水分过多会使过热汽温产生急剧变化,直接影响机组的经济性和安全性;由于负荷、燃　　表1

功能与特性补偿原理补偿形式谐波特性占地面积运行安全性响应速度系统损耗系统调节能力

烧工况及给水流量的变化,汽包水位会经常变化。众

所周知,水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化和带水,造成受热面结盐,严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏;水位过低会引起排污失效,炉内加药进入蒸汽,甚至引起下降管带汽,影响炉水循环工况,造成炉管大面积爆破。由于汽包水位

TCR型SVC与SVG的功能特性比较表TCR型补偿装置

可控硅调节电抗,同时并联电容器组,属于无功补偿装置

固定容性无功,调节感性无功,

FC产生较大谐波,必须配备各次滤波支路相控电抗器、电容器组等一次元件多,占地面积大

阻抗型,易谐振

晶闸管的开断时间10ms,整体响应时间20-40ms之间

相控电抗器损耗0.9～1%,加上晶闸管、滤波支路损耗,总损耗1.2%以上

如增加感性无功的调节能力,需更换相控电抗器

SVG型补偿装置

电压源型逆变器,属于无功发生装置

感性/容性双向调节,也可采用SVG+FC形式,使用的FC是TCR型SVC的一半

具备滤除谐波的能力,同时可滤除负荷侧谐波成套装置中包括启动柜、功率柜、连接电抗器、控制柜,占地面积小可控电压源,运行安全

IGBT开断时间小于2us,整体响应时间10ms以内

主要是连接变压器损耗和IGBT损耗,总损耗0.8%

采用IGBT功率模块N-1运行方式,增减调节容量方便。

[参考文献]

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