[发明专利]风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化

说明书

技术领域

本发明涉及滤波及无功补偿技术领域，具体指一种风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化。

背景技术

风能作为一种可再生、无污染、能量大、前景广的能源。越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。2015年，中国风电已超核电成为第三大主力电源。

在国内，风电场（包括已运行的和正在建设的），一般工程装机总容量为50MW左右，也有达到100MW的，风力发电机已广泛采用永磁直驱型发电机。目前较多见的单台功率在2MW以上，风场一般总装机数为25（50）台。风电场升压变电站主变一般容量为50MVA（100MVA或以上容量），电压一般为110/35kV，容量分别是50（100）/MVA，滤波及无功补偿装置一般采用SVG型滤补偿成套设备，安装容量为10（20）MVar，其中可含有单调谐滤波及无功补偿支路（5次、7次、11次等），基波补偿容量5（10）MVar，SVG装置的基波无功输出为-5（10）M~+5（10）MVar；滤波及无功补偿成套设备可滤除3、5、7、11、13次及以上的谐波，其基波无功输出范围是-10（20）MVar~+5（10）MVar。根据国家电网规定：风电场并网的功率因数必须达到0.90以上，110kV线路的电压偏差在-3～+7%之间。图1为风电场低电压穿越要求曲线图，根据风力发电机低电压穿越的要求，在电力系统故障发生导致电网电压发生跌落时，要求风力发电机可以在规定的条件下不脱网运行，同时，滤波及无功补偿装置应具备提供规定的动态无功支撑的能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种风电场滤波及无功补偿装置的设计与系统的电压无功优化控制。

本发明根据国家电网规定：风电场并网的功率因数必须达到0.90以上，110kV线路的电压偏差在-3～+7%之间。以及风力发电机低电压穿越的要求，在电力系统故障发生导致电压跌落时，要求风力发电机可以在规定的条件下不脱网运行，同时，滤波及无功补偿装置应具备提供规定的动态无功支撑能力等要求，分为两大部分：补偿装置的无功设计和风电场系统的电压无功优化。

补偿装置的设计包括:

第一步，根据电网对风电场并网运行的动态无功支撑能力的要求，计算系统的动态无功需求：

发生电压跌落时，风电场须注入电网的动态无功电流

I_T≧1.5×（0.9-U_T）I_N；0.2≦U_T≦0.9（1-1）

式中：U_T-风电场并网点电压标幺值；

I_N-风电场并网变压器的额定电流。

系统所需的动态无功电流须由SVG装置部分提供，因此滤波及无功补偿装置中的静止无功发生器的安装容量应大于或等于（1-1）式计算得出的最大容量。

第二步，在最低电压跌落状态下应该输入系统的无功支撑电流计算

其公式：

基波补偿容量：（1-2）

补偿后最大过电压：（1-3）

补偿后最大欠电压：（1-4）

式中，为系统电压。

若无功补偿后，系统电压的偏差范围超出允许的范围，则按下列情况采取相应的技术方案：

a.若补偿后过电压在允许范围内，补偿后欠电压超出允许范围，则应适当提高补偿后的平均功率因数，按（1-2）、（1-3）和（1-4）重新计算，直到满足要求。

b.若补偿后欠电压在允许范围，补偿后过电压超出，则应适当降低补偿后的平均功率因数，按（1-2）、（1-3）和（1-4）重新计算，直到满足要求。

经反复计算所得的基波无功需求量并留有不少于10～20%的余量（不过补）即可作为滤波及无功补偿装置的基波无功补偿容量。

对照系统的动态无功需求，可得出SVG装置的安装容量。

系统的无功优化包括：

第一，控制系统条件设定

A.主变各发电机组接入点的电压趋近于完全相等和主变各发电机组接入点的功率因数趋近于完全相等；