（国家电投新疆能源化工集团有限责任公司塔城分公司834700）
摘要：近年来，风力发电飞速发展，与之伴随的调峰问题逐渐进入人们的视野，风电大面积脱网成为了限制风力发电发展的瓶颈，目前主要是两个技术结合，即SVG补偿技术和使风机具备低电压穿越能力，可以保证风力发电机组在一定故障的条件下不脱网，很大程度上改善了风力发电机组大面积脱网的事故。本文主要就SVG方面在硬件配置和继电保护方面进行了探析。
关键词：低电压穿越；脱网；继电保护
0、引言
随着风力发电的飞速发展，风电接入电力系统带来一系列技术问题，在风力发电发展初期，由于风电在整个电网中占比小，负荷不稳定，当电网出现故障时，通常采取切除风机出力来应对，在风力发电的初期，电网将风电场作为负载来调控，无与之匹配的继电保护，随着大容量、大面积风力发电机组逐渐投入运行，如还按以前的思路，有可能导致风机因出口电压低产生“雪崩式”的大面积脱网，严重威胁电力系统的稳定性。大规模风电并入电网后，风机电气量保护以保护风机为目的，电网运行以保护电力系统稳定性为目的，
当电力系统故障或负荷突增时，动态提供电压支撑，确保母线电压稳定，提高电力系统暂态稳定水平，减少低压释放负荷数量，防止发生暂态电压崩溃；SVG就是在这样的背景下应运而生，对提高电能质量起到很好的作用。
1.SVG的工作原理和运行特性分析
SVG是基于大功率换流器，以电压型逆变器为核心，直流侧采用直流电容为储能元件以提供电压支撑。在运行时相当于一个电压、相位和幅值均可调的三相交流电源。逆变器正常运行依赖于直流侧的电压支撑，在逆变器接入交流电源时，由各IGBT反向续流二极管构成整流器，对直流电容器充电；正常运行后，直流电容器的储能将会用来满足逆变器的内部损耗，电容电压会下降，必须不断的对电容器充电补能使电压保持在工作范围。
SVG的工作原理决定了无论交流系统电压为多少，它都可以在其最大的容性或感性范围内独立控制其输出电流，欠压条件下无功调节能力更强。SVG响应时间：SVG采用IGBT全控型器件，器件开通关断时间2μs，采用PWM控制算法整个装置的响应时间≤5ms；传统静补装置响应时间：≥7ms；SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。SVG对系统参数不敏感，安全性与稳定性好，电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。SVC对电压闪变的抑制最大可达2：1，SVG对电压闪变的抑制可以达到5：1，甚至更高。
2、SVG组成
SVG组成部分主要为串联电阻箱、串联电抗器、启动柜、功率柜、控制屏。三相逆变功率单元为星接。
2.1串联电阻
SVG采用电压源逆变器结构，连接电抗(或等值电抗)及等效电阻较小，由SVG无功电流公式可知，驱动脉冲一个小的角度偏移误差可能导致STATCOM装置出现过电流进而引起输出电流波动，增大Ｒ相当于增大系统阻尼系数，减小输出电流过冲和震荡；另由于对SVG装置损耗有明确要求（大型SＶＧ装置的效率都要求在96％以上）。
2.2串联电抗器
作用：限制无功输出电流；滤除装置产生的高次谐波；将两个电压源连接起来。电感值增大时，滤除补偿电流高次谐波效果较好，但装置补偿电流减小。通常工程选用装置总容量的１０％～２０％。
2.3启动柜
主要作用：实现SVG自励启动，限制上电时直流电容的充电涌流，避免IGBT模块、直流电容损坏。SVG上电时，旁路电阻串于充电回路，起限流保护作用；需将电阻通过接触器旁路后SVG方能投入运行。设计有接触器与上端口断路器的互锁，保证断路器“合”状态时接触器执行“合”动作。
其他作用：线电压、相电流二次信号输出；阀端过电压保护。单相旁路电阻选用两只640Ω/2kW并联，时间常数约为100ms。
2.4直流电容
直流电容的选型主要考虑以下几个因素：
1、直流侧电压波动，一般要求电压波动不超过5％，电容电压波动较大会引起输出谐波增加
2、SVG的响应速度，当系统出现无功波动时，SVG迅速补偿需要电容电压快速达到目标电压值
3、电容电压的选取主要取决于所串链节数，与PSPWM调制比、串联电抗值、线路等效电阻、额定容量也有一定关系
4、EACO等电容器的通流限制，如SHE-1200-470长期工作电流最大为69A
5、借鉴其他厂家成型产品电容选取经验
当前链节单元电容选取：额定电压1200V；额定容量取SVG1M额定容量对应550μF；电容并联后通流大于装置额定电流。以8M为例，选用10只SHE-1200-470并联使用。
注：当前理论和实际中电容容量选取尚无定论，后续需经工程实践，进一步优化。
3.SVG在风电场的运用
3.1风力发电场接入系统无功损耗
①升压变压器（箱式变压器）；
②风电场升压变电站主变压器；
③输电线路的无功损耗。
系统的无功损耗是伴随有功的变化而成平方关系变化的，当有功增大一倍时，无功将增大数倍，因此很有必要对风电场进行适当的无功补偿。
3.2、风力发电场电压稳定问题
电网运行必须考虑大片区域风电机组切机带来的电压稳定问题。风电场退出运行时，系统由于突然增加大量无功,可能存在过电压的危险。风电电源往往处于远离负荷中心的电网边缘，与电网之间的连接相对较弱，切机造成的瞬间无功富余无法由内陆地区的电力系统有效消化,对运行设备造成损害。故障后，整个弱连接系统可能会因为过多的无功富余过电压而导致保护动作,电网解裂。
因此，有必要在风电场的接入点选择性地安装快速无功补偿设备，如SVG和SVC（静止无功补偿器），以提供必要的无功和电压支撑
3.3、风力发电站无功补偿计算：
根据《国家电网公司对风力发电站接入电网规定修订版》，规定需要综合考虑以下要求：
1、风力发电场在任何运行方式下，应保证风力发电场额定运行时功率因数满足在0.98以上时，所确定的无功补偿容量，且能实现动态连续调节；另外，保证风电场在系统故障情况下，能够调节并网点电压恢复到正常水平所需要的足够无功补偿容量。
2、百万千瓦级以上风电基地，其单个风电场无功功率调节容量为风电场额定运行时功率因数保证在0.97以上所需要的无功容量。
3、考虑到风电场通过升压站接入电网，其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时全站和送出线路上的无功损耗，其配置的感性无功容量能够补偿风电场空载时送出线路上的充电无功功率。
4、实际风电场无功容量范围在满足上述要求下，还要结合每个风电场实际接入情况来确定。
3.4、SVG在风电场电压调整的分析
实际运行经验表明：SVG在母线电压235-241kV之间调整时，具有良好的调节性能，但是在母线电压231Kv-235KV时，由于各个风电场母线电压均低，风电场片区母线电压低，此时母线电压的调整需要各个风电场SVG互相配合，选择恰当的SVG调整模式，才能保证母线电压水平。
3.SVG与风机低电压穿越的互补
电网规定的风电场低电压穿越要求为：
a、风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时，能够保持并网运行625ms的低电压穿越能力；
b、风电场并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组保持并网运行。
c、对故障器件没有切出电网的风电场，其有功功率在故障切除后快速恢复，以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
d、变频器低电压实现有无功支撑选项，可以手动设无功百分比。
综上所述可知，在220kV母线电压较低时，SVG调整能力受到一定的制约，此时为保证风机不会大面积脱网，还要求风机具备低电压穿越能力。
4、结束语
当前SVG已初步满足风力发电机组对电压的需要，但是还需要风力发电机组具备风机低电压穿越能力，在风机设备硬件上、软件上、风机本体保护、风场电气量保护的配合上，我们仍有很大的进步空间，本文主要目的是为了引起人们对风电场SVG有效实施的思考！