《GB51096風力發(fā)電場設計規(guī)范》自頒發(fā)并實施已將近三年，主要內容包括：風能資源及發(fā)電量計算、電力系統(tǒng)、風力發(fā)電機組、電氣、輔助及附屬設施、建筑結構、環(huán)境保護與水土保持、消防、海上風電場等等章節(jié)，內容多但精煉，條文雜但精簡，鑒于部分從業(yè)人員對本規(guī)范部分條文不甚了了，筆者不才，根據多年工作設計經驗，愿就所知，以表己見，如有不當，煩請指正。

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《GB51096風力發(fā)電場設計規(guī)范》疑難條文解讀(二)

5.2.2風力發(fā)電場應符合下列規(guī)定：

3無功容量應符合下列規(guī)定：

1）風力發(fā)電場的無功容量應按照分（電壓）層和分（電）區(qū)基本平衡的原則進行配置，并應滿足檢修備用的要求，同時應與電能質量治理的設備配置相協(xié)調；

2）風力發(fā)電機組應滿足功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內動態(tài)可調，風力發(fā)電場應充分利用風力發(fā)電機的無功容量及其調節(jié)能力；

3）當風力發(fā)電機組的無功容量不能滿足電力系統(tǒng)電壓調節(jié)需要時，應在風力發(fā)電場集中加裝適當容量的分組頭切的無功補償裝置，必要時應加裝動態(tài)無功補償裝置；

4）風力發(fā)電場應配置無功電壓控制系統(tǒng)，且應具備無功功率調節(jié)及電壓控制能力；

5）在電力系統(tǒng)正常運行和非正常運行情況下，風力發(fā)電場無功補償?shù)恼{節(jié)速度和控制精度應能滿足電力系統(tǒng)電壓調節(jié)的要求，且應與風電機組高電壓穿越能力相匹配。

解讀：無功電源的安排，應在電力系統(tǒng)有功規(guī)劃的基礎上，同時進行無功規(guī)劃。原則上應使無功就地分區(qū)分層基本平衡，按地區(qū)補償無功負荷，就地補償變壓器及線路等的無功損耗，并應隨負荷（或電壓）變化就行調整，避免經長距離線路或多級變壓器傳送無功功率，以減少由于無功功率的傳輸而引起電網的有功損耗，達到降損節(jié)能。總站無功容量的大小，要考慮到某些無功電源檢修時仍然滿足場站對無功需求的能力，統(tǒng)籌規(guī)劃，同時應與電能質量治理設備配置相協(xié)調。根據國家電網公司《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定（GB/T 19963）》，風電場電壓無功控制基本要求是：風電場應配置無功電壓控制系統(tǒng)，具備無功功率調節(jié)及電壓控制能力。根據電力系統(tǒng)調度機構指令，風電場自動調節(jié)其發(fā)出（或吸收）的無功功率，實現(xiàn)對風電場并網點電壓的控制，其調節(jié)速度和控制精度應能滿足電力系統(tǒng)電壓調節(jié)的要求。其控制目標為：當公共電網電壓處于正常范圍內時，風電場應當能夠控制風電場并網點電壓在標稱電壓97%—107%范圍內。

風力發(fā)電機組應滿足功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內動態(tài)可調，即風電機組功率因數(shù)為超前0.95時，風力發(fā)電機應發(fā)出容性無功（或吸收感性無功）；在功率因數(shù)為滯后0.95時，風力發(fā)電機應發(fā)出感性無功（吸收容性無功）。舉例如下，以1.5MW機組來說，當風電機組時，此時風力發(fā)電機吸收的感性無功；當風電機組=0.95時，此時風力發(fā)電機發(fā)出的感性無功；而風機功率因數(shù)具體為多少，應以風機功率控制系統(tǒng)決定，而風機功率控制系統(tǒng)又受場站AVC（自動電壓無功控制系統(tǒng)）決定，而場站AVC系統(tǒng)一般是按由調度根據系統(tǒng)電壓變動范圍、無功功率和時間的組合條件來判斷場站應發(fā)出多少無功容量。目前，風電機組均具備功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內動態(tài)可調，為節(jié)約場站無功電源容量，故應首先充分利用風電機組的無功容量及其調節(jié)能力。當風電機組無功功率仍不能滿足系統(tǒng)要求時，應投入場站無功設備，即自動投切電容器組或SVC（Static VarCompensatory）或SVG（Static Var Generator）設備；若仍不能滿足系統(tǒng)要求，則應變換升壓主變分接頭，所以升壓主變必須為有載調壓型主變。即風電場自動電壓控制系統(tǒng)應能合理分配風機、無功補償裝置的無功出力均衡，保證風電場設備安全穩(wěn)定運行的前提下，實現(xiàn)動態(tài)的連續(xù)調節(jié)以控制并網點電壓，滿足電網電壓的要求。在雙饋風力發(fā)電機組功率控制邏輯中，有功控制優(yōu)先級要比無功控制優(yōu)先級高。雙饋機組的轉子繞組變流器只通過轉差功率，一般為風機容量的1/3至1/2，因此，雙饋機組的可調無功出力跟隨于當前有功出力，約為有功出力的1/3。在直驅型風機結構中，直驅型風機通過全功率變流器接入電網，永磁式電機理論上不需要勵磁回路建立磁場，無功需求為零，因此，直驅式風機具有較強的無功補償能力，低電壓、高電壓穿越能力，并且較易實現(xiàn)恒電壓模式控制。

筆者曾做過多個風電場AVC自動電壓無功控制系統(tǒng)，但發(fā)現(xiàn)風電場做完AVC系統(tǒng)后，部分風場是備而不投，徒具有此種能力而已，或者說調度沒有下發(fā)無功值指令，其中緣由也深值品味。

通常來說，風電機組的無功容量相對來說較小，不能滿足場站及系統(tǒng)的需要，需要另配無功電源。

早期風電場項目可能為集中加裝的適當容量的分組投切的無功補償裝置，即并聯(lián)電容器組。并聯(lián)電容器分組容量的確定應符合下列規(guī)定：

1、在電容器組分組投切時，應滿足系統(tǒng)無功功率和電壓調控的要求。

2、當分組電容器按各種容量組合運行時，應避開諧振容量，不得發(fā)生諧波的嚴重放大和諧振，電容器支路的介入所引起的各側母線的任何一次諧波量均不應超過現(xiàn)行國家標準《電能質量公用電網諧波》GB/T14549的有關規(guī)定。

3、發(fā)生諧振的電容器容量，可按下式計算：

式中：Qcx---發(fā)生n次諧波容量的電容器容量（MVA）

Sd---并聯(lián)電容器裝置安裝處的母線短路容量（MVA）

n----諧波次數(shù)

K---電抗率

因風電場存在變流器設備，應詳細分析場站存在的諧波次數(shù)，經計算電容器組的分組容量應躲開諧振容量，避免電容器組分組投切時諧振的發(fā)生。

中期建設的風電場站主要的無功補償裝置為SVC。SVC按無功出力調節(jié)方式分為直接用晶閘管控制的SVC和鐵磁飽和特性調節(jié)的SVC兩大類。目前電網中主要采用晶閘管控制的SVC，由晶閘管控制電抗器（Thyristor-Controlled Reactor，簡稱TCR）、晶閘管投切電容器（Thyristor Switched Capacitor，簡稱TSC）、并聯(lián)電容器和諧波濾波器組成（Filter & Capacitor，簡稱FC）共同組成。由于TCR具有“晶閘管閥造價即綜合投資低，可靠性較高”等優(yōu)點，因而在我國電網中應用最廣泛的是TCR+FC型SVC裝置。

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近期建設的風電場站無功補償設備基本均為SVG（Static Var Generator），又稱靜止無功發(fā)生器，是當今無功補償領域最新技術的代表，主要由換流器、連接變壓器（可選）、連接電抗器等組成。SVG靜止無功發(fā)生器采用可關斷電力電子器件（IGBT）組成自換相橋式電路，經過電抗器并聯(lián)在電網上，適當調節(jié)橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，迅速發(fā)出或吸收所需的無功功率，實現(xiàn)快速的動態(tài)無功補償。作為有源型補償裝置，不僅可以跟蹤沖擊型負載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進行跟蹤補償。SVG較SVC具有相應速度快、占地面積小、諧波特性好以及損耗小的優(yōu)勢，但造價高相對較高。SVG工作原理及其工作模式見圖1。某風場SVG實例見圖2。

圖1 SVG工作原理及其工作模式 

圖2  某風場SVG設備

其中，風電機組應具備的的動態(tài)無功支撐能力如下：

1、當風電機組測試點發(fā)生三相對稱電壓跌落時，風電機組應自電壓跌落出現(xiàn)時的時刻快速響應，通過注入無功電流支撐電壓恢復。具體要求如下：

——自測試點電壓跌落出現(xiàn)的時刻起，動態(tài)無功電流控制的響應時間不大于75ms，持續(xù)時間應不少于550ms。

——風電機組提供的動態(tài)無功電流應滿足下式的要求。

IT≥1.5*（0.9-UT）*In   （0.2≤UT≤0.9）

IT —無功電流注入有效值；

UT —風電機組線電壓彪幺值

In —風電機組額定電流

2、當風電機組測試點發(fā)生三相對稱電壓升高時，風電機組在高電壓穿越過程中應具有以下動態(tài)無功支撐能力：

——當風電機組測試點電壓處于標稱電壓的110%~130%區(qū)間內時，風電機組應能夠通過注入無功電流支撐電壓恢復：自測試點電壓升高出現(xiàn)的時刻起，動態(tài)無功電流控制的響應時間不大于40ms。

——風電機組注入電力系統(tǒng)的動態(tài)無功電流應滿足下式：

IT≥1.5*（UT-1.1）*In   （1.1≤UT≤1.3）

IT —無功電流注入有效值；

UT —風電機組線電壓彪幺值

In —風電機組額定電流

作者單位：

刁書廣，東方 電氣（通遼）風電工程技術有限公司

周文濤，魯能新能源（集團）有限公司陜西分公司

馬宇，中國三峽新能源有限公司東北分公司

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