SVG型动态无功补偿装置功能特性检测分析

SVG型动态无功补偿装置功能特性检测分析张明江【摘 要】大规模风电脱网事故暴露的问题之一就是风电场配置的动态无功补偿装 置容量及动态响应时间不满足电网正常运行的要求.针对此情况,需要对风电场配置 的动态无功补偿装置进行集中测试.从 SVG 运行范围、电压特性、动态响应特性、 电能质量和损耗等方面论述了 SVG 的测试过程和步骤,并对测试结果进行了分析.期刊名称】黑龙江大学工程学报年(卷),期】2014(005)001【总页数】7页(P84-90)【关键词】风电场;无功补偿;静止无功发生器(SVG);参数测试【作 者】 张明江【作者单位】 黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030【正文语种】 中 文【中图分类】 TM714.3在可再生能源开发中，风力发电以可开发容量大、清洁等优点成为电力系统中增长 最快的能源。随着系统中风电场装机容量的不断增加，风电场对电网稳定和电能质 量的影响也越来越严重，其中以并网风电场引起的系统电压稳定性以及系统电压波 动问题最为典型1-2，已经成为风电场并入电网的限制性因素。加装动态无功补偿装置，是解决风电场电压波动和电能质量问题的有效手段 3-4 然而，动态无功补偿装置的容量、运行范围和动态响应速度等特性决定了其治理的 效果。因此，有必要对风电场的动态无功补偿装置进行全面的检测。 甲风电场位于黑龙江省中南部，所处区域属寒温带大陆季风气候，风资源较好。甲 风电场总装机容量为49.5 MW，共安装24台单机容量为2 MW和1台单机容量 为1.5 MW的乙公司生产的双馈型风电机组，配套建设一座220 kV升压站(配有 1台额定容量为150 MVA的变压器)，接入系统变电所并网，系统接线图见图1。SVG型动态无功补偿装置型号为QNSVG-6000/35，额定电压为10 kV，额定容 量为6 Mvar，配套接有连接变压器一台，额定容量为6 MVA，额定电压比为 10/35。测试期间，SVG无功补偿装置正常运行，风机全部正常运行。SVG是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，拓扑结 构见图2。直流侧为储能电容，为SVG提供电流电压支撑。SVG的基本原理是将 自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流输出电压的相 位和幅值，就可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5-6。因此，SVG正常工作时通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换 成交流侧与电网同频率的输出电压，相当于幅值和相位均可控制的一个与电网同频 率的交流电压源。SVG的工作原理可以用单相等效电路来说明，见图3(a)。设电网电压和SVG输出的交流电压分别用相量s和I表示，则连接电抗X上的电 压L即为s和I的相量差，而连接电抗的电流可由其电压来控制，它是SVG从电 网吸收的电流。因此，改变SVG交流侧输出电压I的幅值及其相对于s的相位， 就可改变连接电抗上的电压，控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值，也就控制 了 SVG吸收无功功率的性质和大小。在图3(a)中，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑其损耗以及变流器的损耗，因 此不从电网吸收有功能量。在这种情况下，只需使I与s同相，仅改变I的幅值大 小即可以控制SVG从电网吸收的电流是超前还是滞后90，并且能控制该电流的 大小，见图3(b)。当UIUs时，电流超前电压90，SVG吸收容性的无功功率； 当UIvUs时，电流滞后电压90, SVG吸收感性的无功功率。SVG型动态无功补偿装置功能特性检测主要内容包括：SVG运行范围、电压特性(包括感性斜率和容性斜率)、动态响应特性、电能质量和损耗。3.1 SVG运行范围将测试设备接入SVG支路，见图4。将SVG设定在恒无功控制方式，依次设定容性无功功率参考值，以20%的额定容量为区间增大，直至额定容量，每个运行点持续运行时间15 min。SVG感性无功输出能力也采取上述方法进行验证，测试曲线见图5和图6，记录见表1和表2。被测设备在额定电压下的实际无功功率，按式(1)确定：式中Qact为额定电压下输出的实际无功功率；Qmea为实测无功功率；Umea为 实测电压；UN为标称电压。静态偏差按式(2)计算：式中S为控制指令静态偏差；Qctr为控制指令功率值；Qact为实际功率测量值。由表1可见，SVG的容性运行范围无功偏差最大为2.33% ；由表2可见，SVG的 感性运行范围无功偏差最大为0.5% ，均满足文献7的要求。3.2 电压特性 动态无功补偿装置的斜率是在动态无功补偿装置的控制范围内，电压变化的标么值 和电流变化的标么值之比，见图7。3.2.1 感性斜率 将测试设备接入动态无功补偿装置支路(图4)。将动态无功补偿装置设定在电压控 制方式，调整目标电压参考值低于母线运行电压，使母线电压逐渐降低，动态无功 补偿装置从空载逐步输出至最大感性无功功率，记录母线电压及动态无功补偿装置 的无功功率，见表3。感性斜率按式(3)计算：式中VLSL为感性斜率；Umea为SVG最大无功功率输出时被测母线电压，用基准电压标么值(p.u.)表示；Imea为SVG输出电流，用感性最大输出范围的基准电流标么值(p.u.)表示。由式计算感性斜率为VLSL=0.6%。3.2.2 容性斜率将测试设备接入动态无功补偿装置支路(图4)。将动态无功补偿装置设定在电压控 制方式，调整目标电压参考值高于母线运行电压，使母线电压逐渐升高，动态无功 补偿装置从空载逐步输出至最大容性无功功率，测试机构记录母线电压及动态无功 补偿装置的无功功率，见表4。容性斜率按式(4)计算。式中VCSL为容性斜率；Umea为SVC/SVG最大无功功率输出时被测母线电压，用基准电压标么值(p.u.)表示；Imea为动态无功补偿装置输出电流，用容性最大 输出范围的基准电流标么值(p.u.)表示。由式(4)计算容性斜率为VCSL=0.58%。3.2.3 总斜率总斜率二VLSL+VCSL=0.6%+0.58%=1.18%。可见，SVG电压特性满足文献7的要求。3.3 动态响应特性动态无功补偿装置的动态响应时间是指当输入阶跃控制信号后，输出达到目标要求 输出值的90%所用的时间，且期间没有产生过冲，见图8。SVG动态响应测试，采用外部二次扰动法。将测试设备接入动态无功补偿装置支路，见图9。将动态无功补偿装置设定在恒电压控制方式，SVG稳定运行在感性350 kvar，突然切断并网点电压，SVG检测到并网点失压后，稳定运行在容性6114 kvar，测试曲线见图10，测试曲线放大图见图11。由图10可见，SVG动态响应后，电流稳态值为502.25 A，电流稳态值的90%为452 A。由图11可见，响应起始时刻为84 ms，到达电流稳态值90%的时刻为94 ms ,即SVG夕陪B扰动响应时间为10 ms。SVG型动态无功补偿装置的动态响应时间满足文献7的要求。3.4 电能质量将测试设备接入动态无功补偿装置支路(图4)。在SVG空载、最大容性无功和最 大感性无功时产生的谐波电流见表5，测试曲线见图12图14。3.5 损耗将测试设备接入动态无功补偿装置支路(图4)。在SVG空载、最大容性无功和最 大感性无功时测量输入装置的有功损耗，见表6 ，测试曲线见图15。 通过对动态无功补偿装置的测试，掌握了其功能特性，并且其运行范围和动态响应 时间等重要指标均满足标准要求，避免了由于动态无功补偿装置原因引起的大规模 风电场脱网事故，保证了电网的安全稳定运行。【相关文献】1张鹏，赵喜，尹柏清，等.大规模运行风机脱网事故调查分析J.内蒙古电力技术,2010,28 (2):1-4.2马昕霞，宋明中，李永光风力发电并网技术及其对电能质量的影响J.上海电力学院学 报,2006,22(3) : 283-286.3吕项羽，常学飞，袁野.风电集中接入点并联SVG对电网电能质量的改善J.吉林电力，2013,41 (1):40-42.4李丹，贾琳，许晓菲，等风电机组脱网原因及对策分析J.电力系统自动化，2011, 35 (22):41-45.王兆安，杨君，刘进军，等谐波抑制和无功功率补偿M.北京:机械工业出版社，2006.马春明，解大，余志文，等.SVG的电压控制策略J.电力自动化设备，2013, 33：96-100.7国家电网公司标准Q/GDW 241.1-2008，链式静止同步补偿器第1部分功能规范导则S.