风电场无功补偿装置SVC与SVG比较分析

风电场无功补偿装置SVC与SVG比较分析

张德新1杨海龙2张文龙3

（北京京能清洁能源电力股份有限公司北京100028）

摘要：我国已成为世界最大风电市场，由于风电运行受自然环境影响明显，具有间歇性与随机性，为电网的稳定与供电质量造成不利影响。为了控制升压站电压波动，动态无功补偿装置被开发并广泛应用，本文就此对SVC和SVG两种补偿装置做比较分析。

关键词：风电场；无功补偿；SVC；SVG；比较

引言

无功功率不做功，但占用电网容量和导线截面积，使供配电设备过载，谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡颠覆。对于风电场来说，这会导致并网功率因数不合格、电压偏差、电压波动和闪变等问题。无功补偿提高了供用电系统及负载的功率因数、降低了设备容量、减少了功率损耗、稳定受电端及电网电压、提高了供电质量，其应用对风电场有重要意义。

1无功补偿意义

1.1提高电能质量。无功功率是从电压高的节点传向电压低的节点。那么可以通过控制无功功率的流向和大小来改变电力系统的各节点电压。电压问题本质上就是无功功率问题。解决电压问题，必须依靠调整无功功率来实现。比如调节系统电压幅值，降低电压谐波，抑制电压闪变，都可以通过控制无功功率来解决。输电线缆的最大传输容量是限定的，在固定的最大传输容量下，传输的无功功率越多，通过输电线缆传输的有功功率就越少。

1.2提高系统功率因数。当视在功率一定时，无功功率越大，功率因数越小。因此可以通过补偿系统的感性、容性无功，来提高系统的功率因数。这样不仅提高了传输效率，而且避免了电业局罚款。一般情况下，电力公司或者电业局对某个工矿企业进行功率因数的考察，要求该企业的功率因数要达到0.9或0.95以上。功率因数高于0.9或0.15时，对该企业的用电有优惠价格，如果低于该数值的，就要进行罚款。

1.3提高系统传输的最大有功功率容量。输电线传输无功功率时，无功电流通过会引起线缆电阻分量的发热，进而会引起有功功率损耗。因此，通过控制传输的无功功率，可以控制最大传输有功功率。实现无功功率就地平衡，传输无功功率降为零时，可以提高系统传输的最大有功功率容量。

2无功补偿系统的分析

无功补偿方式可以分为动态补偿和静态补偿两种，静态补偿投切速度慢，不适合负载变化频繁的场合（风电场），容易产生欠补或者过补偿，造成电网电压波动，损坏用电设备；并且投切设备寿命短，噪声大，维护量大，影响电容器使用寿命等缺点。而动态补偿具备治理谐波的功能，本文主要针对风电场来讨论动态无功补偿。

3风电场中无功补偿装置的主要功能

（1）在风电场低电压穿越时提供容性无功功率支撑。（2）在风电场发生过电压时（1.3倍额定电压及以下），通过提供感性无功功率，帮助系统电压回落至正常水平。（3）保证风电场的电能质量满足国标和行标。（4）恒功率因数控制。通过提高功率因数降低传输损耗，同时可以避免当地电业局的罚款。其中（1）和（2）为无功补偿装置在电力系统暂态过程中，通过吸／发无功实现对电网电压的控制；（3）和（4）为无功补偿装置在电力系统稳态运行过程中，通过恒电压或恒功率因数控制满足当地电网的标准和要求。

4无功补偿设备

4.1并联电抗器/电容器并联电抗器/电容器是无功和电压调节最基本的方法。将电抗器/电容器连接成若干组，根据风电场出力水平与电网节点电压变化规律确定每组容量，分组投切，实现无功功率的不连续调节，以保持电网关键点电压处于适当范围为控制目标。由于属于比较落后的产品，因此这里不做后续比较。

4.2静止无功补偿器（SVCSTATICVARCOMPENSATOR）SVC由静止电容器与电抗器并联组成，电容器可以发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。类型有：（1）晶闸管控制电抗器（TCR）（2）晶闸管投切电容器（TSC）（3）晶闸管投切电抗器（TSR）（4）晶闸管控制高阻抗变压器（TCT）（5）磁控电抗器（MCR）（6）抱和电抗器（SR）。其中TCR型可分相控制，具有较好的抑制不对称负荷的能力，应用最为广泛，是SVC主要类型之一。

4.3静止无功发生器（STATICVARGENERATOR，SVG也称STATCOM）SVG是一种更先进的无功补偿装置，使用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）兼有金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的高输入阻抗和电力双极型晶体管（GTR）的低导通压降两方面的优点。SVG分为电压型和电流型两种类型，直流侧分别采用电容和电感作为储能元件，其中电压型桥式电路应用较广泛。SVG具有比SVC更快的响应速度，更宽的运行范围，电压较低时仍可以向电网注入较大的无功电流。SVG是目前发电厂电气系统中应用最为广泛的无功补偿装置。

5无功补偿装置比较分析

5.1无功功率特性。当SVC或SVG装设点的无功功率需求在补偿装置的额定容量之内时，SVC与SVG在功能上无优劣之分。当系统电压降低到一定值或升高到一定值后，SVC特性变成纯电抗特性，其输出的无功电流与系统电压成正比，而SVG装置产生最大的容性无功电流或感性无功电流。在电力系统故障过程中，大多由电压降低导致。同容量的SVG装置的无功功率补偿能力相当于1.2至1.3倍容量的SVC装置的无功功率补偿能力。

5.2响应速度。根据电网公司要求，无功补偿装置的动态响应时间必须在30MS内。按照这个要求，并联型电容器不能满足该要求；整个SVC装置的响应时间为50～60MS。而SVG装置为可控电流源，因此响应时间20～30MS，最快的基于PWM调制的SVG装置的响应速度可以在10MS左右。SVG的响应时间完全可以控制在20MS之内，能够满足响应时间的标准。

5.3阻抗特性。SVC装置是电抗型，接入电力系统后可能改变原系统阻抗性能，而SVG为电压源逆变装置，运行后不会改变系统阻抗特性，因此不存在谐振问题。

5.4损耗对比。年平均损耗SVC是SVG的3倍左右。SVC虽然相对于SVG有着的价格优势，大概是SVG价格的1／2，但是SVG二、三年时间花费的电费大概就可以将其与SVG差价浪费掉。

5.5谐波问题。SVC裝置中TCR部分由于晶闸管的非全开通必然产生谐波，因此SVC装置必须要安装额外滤波器，而SVG合理设计可使逆变器输出电压谐波含量降低，不需安装额外滤波器。

5.6占地面积。SVC装置采用电容器、电抗器作为无功补偿器件，因此需要较大容量的电容器和电抗器，占地面积比较大；而SVG装置则无需大容量的电容器和电抗器，因此占地面积较小。根据工程经验，同容量的SVG装置占地面积仅为SVC装置的1/3。

5.7经济性。相同容量下SVG设备的造价约为SVC设备的2倍左右，但,相同容量下SVG设备的损耗仅为SVC设备的1／2左右。经调研，一个容量为4.95万KW的风电场，SVG月耗电不到2万KWH，相比同容量月耗电约4万KWH的SVC，损耗减少一半。按照0．5元／KWH计算，相对于SVC，使用SVG每年节省损耗电量费用大概12万元。因此长久看来，SVG的经济性要优于SVC。

结论

SVG实现了无功补偿方式的本质改变，通过对比发现SVG具有很大优势，这也正是SVG装置越来越受到风电场青睐的原因。而原本安装并联型电容器和SVC的风电场则面临着产品升级的要求。

参考文献

[1]石进辉.联合动态无功补偿装置在风电场中的应用研究[D].兰州理工大学,2013.