有载调压变压器(OLTC)不仅可以在有载情况下更改分接头,而且调节范围也较大,通常可有UN±3×2.5%或UN±4×2.0%,既有7个至9个分接头可供选择。因而有载调压器OLTC是电力系统中重要的电压调压手段,在系统运行中可以自动改变分接头,调节其变比,以维持负荷区域内的电压水平。但变压器不能作为无功电源,相反消耗电网中的无功功率,属于无功负荷之一;变压器分接头(抽头)的调整不但改变了变压器各侧的电压状况,同时也对变压器各侧的无功功率的分布产生影响。有文献指出在某些情况下,OLTC按其升降逻辑改变分接头时,非但没有改善电压条件,反而会使之更加恶化,甚至认为是引起电压崩溃的重要原因之一。因此,在风电场并网运行时需慎重考虑该设备的使用。
③静止无功补偿器
静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)通常是由并联电容器组(或滤波器)和一个可调节电感量的电感元件所组成。SVC与一般的并联电容器补偿装置的区别是能够跟踪电网或负荷的无功波动,进行无功的实时补偿,从而维持电压的稳定。SVC是完全静止的,但它的补偿是动态的,即根据无功的需求或电压的变化自动跟踪补偿。静止无功补偿系统都是无功部件(电容器和电抗器)产生无功功率,并且根据需要调节容性或感性电流。静止补偿器可以提高电压稳定极限值,而装设在系统中部节点上的SVC有很好的作用,在技术经济比较中往往成为优选方案。有文献将柔性交流输电系统(FACTS)设备运用到风电场以提高其运行的电压稳定性,说明了SVC在风电场无功补偿方面的优良性能。
④静止同步补偿器(STATCOM)
静止同步补偿器(STATCOM)也称为静止无功发生器(Static Var Generator,SVG),其基本电路分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。电压型桥式电路,其直流侧采用电容作为储能元件,而交流侧通过串联电抗器并入电网:电流型桥式电路,直流侧采用电感作为储能元件,而交流侧并联电容器后接入电网。实际上,由于运行效率的原因,迄今投入使用的STATCOM大都采用电压型桥式电路。STATCOM的基本工作原理是将桥式变流电路直接并联或通过电抗器并联在电网上,适当调节桥式变流电路交流侧输出电压的相位和幅值或直接控制其交流侧电流,使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,从而实现动态无功补偿的目的。与SVC相比,STATCOM具有5个优点:调节速度快、运行范围宽、调节范围广、元件容量小、谐波含量小。
最新进展
随着风电技术、电力电子技术和控制技术的发展,未来风电场无功控制技术将以“闭环”控制为主,通过风电机组、无功补偿装置以及电网的协调优化运行,实现对风电场无功的有效控制。
在产品应用方面,GE风能已经研发出一种闭环风电场电压控制,称之为“动态无功控制”(WindVAR)。动态无功控制可以向电网提供无功并稳定电压。带有动态无功控制的风机,电压的控制和调节都是通过安装于风机上的电力电子装置来实现进行的。
欧洲相关电力公司和技术机构、美国风能协会(AWEA)等都制定了相关风力发电导则和IEEE-1547(分布式电源与电力系统接入标准),包括了电压稳定控制/无功补偿方面的内容,要求确保风电场母线电压稳定在一定范围内,并保证电能质量合格。
目前国内即将出台的风电并网新国标中,不仅要求风电机组具有无功电压调节能力,也要求具备低电压穿越能力。新国标的颁布将促进风电相关产业技术向更加电网友好型方向发展,实现对风电更大规模的平稳消纳。