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中图分类号：F270 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0339-01
国电陕西新能源有限公司草山梁49.5MW风电场位于陕北靖边县梁镇，2012年8月共计33台1500KW风电机组全部并网发电。风电机组采用联合动力UP1500-82低温型机型，备胎风机均采用发-变组单元接线形式。升压站建设一台容量为50MVA电压变比为110/35双绕组有载调压变压器，变压器高压侧以110KV单回架空线接入榆林西部地电110KV郝滩变电站，站内35KV母线侧配有一套35KV静态无功补偿装置.在运行中无功量可连续在-4 Mvar ---8 Mvar区间进行平滑调节。其中SVG可动态容量为-4Mvar---8 Mvar.FC固定容量为4 Mvar.
一、无功补偿在运行中存在的问题
国电草山梁49.5MW风电场，无功电源主要包括风电机组及场内的无功补偿装置。榆林地电西部电网调峰能力较差，风电场处于电网构架的末端，系统电压较低，且波动较大，运行中多次出现由于电压低风机无法启动运行现象，所配无功补偿 无功调节能力明显不能达到设计出力，严重影响风电场的安全运行和风电场的发电出力。为了查明影响无功补偿设备运行中出力不足的原因，在现场对无功补偿装置进行了实测检验。
二、测试仪器
1、（1）测量仪器为：Fluke 435 三相电能质量分析仪
（2）PC笔记本电脑1台
（3）数据分析软件1套
Fluke 435 三相电能质量分析仪为美国Fluke公司生产，属于A类高精度测试仪器，具有4个电压通道和4个电流通道，可同时测量这8个通道的数据，最高采样速度为200 kS/s，包括频率、基波有效值和相位、谐波及间谐波幅值和相位、三相不平衡度、畸变率、功率、电量、功率因数、电压骤升骤降、中断、瞬态过电压、浪涌、闪变等，并可定时记录或事件触发。该仪器每周期采样点为256个，最大可测量49次谐波。当记录时间间隔设为1分钟，测量参数设为400个时，其存储容量可满足24小时持续测量要求。该仪器电压测量精度为0.1%，电流测量精度为0.5%。
2、测试信号的抽取
35kV进线测量信号的选取：
电压信号：35kV母线进线测量PT的二次回路试验端子；
电流信号：35kV母线进线测量CT的二次回路试验端子。
35kV电容器组进线信号的选取：
电压信号：35kV电容器组进线测量PT的二次回路试验端子；
电流信号：35kV电容器组进线测量CT的二次回路试验端子。
3、测试仪器的设置
测量仪器的设置：用Fluke 435电能质量分析仪测量，测试采用三相四线制，将仪器设置为自动测量方式。
数据处理方法：POWER LOG 软件将数据导出至电脑，利用此软件后台分析功能，对存盘数据文件统计分析，得到相应各次谐波含量，基波电压、电流有效值等。
4、测试内容
本次电能质量测试的主要内容为：
（1）电容器组出力变化；
（2）系统电压波动情况；
（3）电容器组投入前后系统电能质量变化情况；
三、动态无功补偿装置参数
1、额定容量
国电草山梁风电场SVG成套装置标称容量，在额定容量35kV下，SVG支路和FC支路都为4.0Mvar。
四、电能测试数据统计
1、电容器组出力测试
试验通过记录电容器组一天内的出力变化情况，从而统计分析场内电容器组实际出力和电压波动的关系。具体其电压波动及无功出力如下：
由以上数据分析可知，电容器组实际出力和电压存在以下关系
Q无功 =U2/（Xc-XL）=（U实际/U额定）2*Q额定
由此可知，电容器组实际出力与电压的平方成正比关系，即现场系统电压降低时，电容器组的实际出力亦降低；反之，系统电压升高时，电容器组的实际出力也增加，但所配电容容量太小，致使在系统电压较低时无功出力不足。
2、系统电压波动情况
通过对系统母线实时检测，风电场一天内的电压变化情况大致如下：
系统电压最大值为36.35kV，最小值34.3kV，平均值35.4kV。
未投无功补偿装置电压为34.88kV，投入电容器组电压为35.36kV.投入电容和SVG为35.77kV。
由以上数据可知，风电场由于处于地方电网末端，系统电压长期偏低且波动频繁，SVG和电容器组全部投入后，约能提高系统35kV侧网压0.9kV。
五、SVG实际出力情况
通过调节SVG的输出电流，在额定电压下，SVG单套输出容量可达4000kvar。
六、测试结论
通过现场对35kV母线进行电能质量测试，可得出以下结论：
1、电容器组输出容量和系统电压的平方成正比，即电压降低时输出容量降低；
2、风电场内系统电压较低，且一天内波动较大，一般早上电压较低；
3、SVG设备的输出容量为4000kvar，满足设计要求。
七、电容器组出力不足分析
通过对电容器组现场测试及结合场内日常数据统计可知：当系统电压为35kV时，电容器组实际输出容量约为2.8Mvar。通过理论分析及现场测试，主要原因是：系统电压长期较低，而电容器组设计运行电压较高，造成电容器部分无功难以释放。
通过现场测试，发现风电场内系统电压长期处于较低水平，严重时35kV侧电压甚至跌至33kV以下。而当初设计时，电容器运行电压按照38.5kV（最高40.5kV）设计，从而造成实际运行情况和设计初衷相差甚远。而电容器又属于无源器件，其额定输出容量和运行电压成线性关系，从而造成实际运行时，至少0.6Mvar的容性无功无法释放，若在额定设计电压（38.5kV）下运行，电容器组实际出力将至少达到3.4Mvar，在最高电压（40.5kV）时，输出容量将达到3.8Mvar。
综上所述：现场电容器组出力不足存在多方面的原因，包含原始设计数据不准、沟通不畅、目的不明确等因素。同时考虑到目前风电场的主要问题为系统电压过低，并非场内无功补偿装置的容量所能解决，而需要大量的容性无功做支持。根据测试结果，可以在场内进行无功补偿装置扩容，从而保障场内风机的正常发电及稳定运营。
八、无功补偿装置扩容方案
1、补偿容量确定
通过对现场数据分析及历史数据统计，同时结合理论计算，为解决风电场电压过低 （35kV侧低于33kV），场内容性无功功率至少需18Mvar。考虑到目前场内已有的8Mvar无功补偿装置，所以后续扩容装置的无功补偿容量不少于10Mvar，设备投入后可提高35kV侧网压2kV左右。
2、补偿装置方式选择
（1）纯SVG型
方案采用一台35kV额定容量为10Mvar的SVG，与原无功补偿装置并联接于35kV母线上，可与原SVG装置协调工作（需做设备间联调，避免控制混乱），达到稳定系统电压及提高功率因数作用。
成套装置主要由隔离开关，避雷器，油浸式变压器以及SVG变流器（箱变式）组成，可与原SVG装置共用一台开关柜（更换部分器件）。该方案主要优点为：
1）采用有源补偿方式，其输出容量基本不受系统电压影响，适合电压波动较大的场所。
2）可动态的根据系统进行调节，进行电压和功率因数的双重控制。当电压较高时，可自动减少无功输出，以功率因数进行调节，避免过补情况发生。
3）SVG投入时，可平滑的调节无功输出，从而避免了大容量容性无功投入时对电网的冲击。
国电陕西新能源有限公司草山梁49.5MW风电场位于陕北靖边县梁镇，2012年8月共计33台1500KW风电机组全部并网发电。风电机组采用联合动力UP1500-82低温型机型，备胎风机均采用发-变组单元接线形式。升压站建设一台容量为50MVA电压变比为110/35双绕组有载调压变压器，变压器高压侧以110KV单回架空线接入榆林西部地电110KV郝滩变电站，站内35KV母线侧配有一套35KV静态无功补偿装置.在运行中无功量可连续在-4 Mvar ---8 Mvar区间进行平滑调节。其中SVG可动态容量为-4Mvar---8 Mvar.FC固定容量为4 Mvar.
一、无功补偿在运行中存在的问题
国电草山梁49.5MW风电场，无功电源主要包括风电机组及场内的无功补偿装置。榆林地电西部电网调峰能力较差，风电场处于电网构架的末端，系统电压较低，且波动较大，运行中多次出现由于电压低风机无法启动运行现象，所配无功补偿 无功调节能力明显不能达到设计出力，严重影响风电场的安全运行和风电场的发电出力。为了查明影响无功补偿设备运行中出力不足的原因，在现场对无功补偿装置进行了实测检验。
二、测试仪器
1、（1）测量仪器为：Fluke 435 三相电能质量分析仪
（2）PC笔记本电脑1台
（3）数据分析软件1套
Fluke 435 三相电能质量分析仪为美国Fluke公司生产，属于A类高精度测试仪器，具有4个电压通道和4个电流通道，可同时测量这8个通道的数据，最高采样速度为200 kS/s，包括频率、基波有效值和相位、谐波及间谐波幅值和相位、三相不平衡度、畸变率、功率、电量、功率因数、电压骤升骤降、中断、瞬态过电压、浪涌、闪变等，并可定时记录或事件触发。该仪器每周期采样点为256个，最大可测量49次谐波。当记录时间间隔设为1分钟，测量参数设为400个时，其存储容量可满足24小时持续测量要求。该仪器电压测量精度为0.1%，电流测量精度为0.5%。
2、测试信号的抽取
35kV进线测量信号的选取：
电压信号：35kV母线进线测量PT的二次回路试验端子；
电流信号：35kV母线进线测量CT的二次回路试验端子。
35kV电容器组进线信号的选取：
电压信号：35kV电容器组进线测量PT的二次回路试验端子；
电流信号：35kV电容器组进线测量CT的二次回路试验端子。
3、测试仪器的设置
测量仪器的设置：用Fluke 435电能质量分析仪测量，测试采用三相四线制，将仪器设置为自动测量方式。
数据处理方法：POWER LOG 软件将数据导出至电脑，利用此软件后台分析功能，对存盘数据文件统计分析，得到相应各次谐波含量，基波电压、电流有效值等。
4、测试内容
本次电能质量测试的主要内容为：
（1）电容器组出力变化；
（2）系统电压波动情况；
（3）电容器组投入前后系统电能质量变化情况；
三、动态无功补偿装置参数
1、额定容量
国电草山梁风电场SVG成套装置标称容量，在额定容量35kV下，SVG支路和FC支路都为4.0Mvar。
四、电能测试数据统计
1、电容器组出力测试
试验通过记录电容器组一天内的出力变化情况，从而统计分析场内电容器组实际出力和电压波动的关系。具体其电压波动及无功出力如下：
由以上数据分析可知，电容器组实际出力和电压存在以下关系
Q无功 =U2/（Xc-XL）=（U实际/U额定）2*Q额定
由此可知，电容器组实际出力与电压的平方成正比关系，即现场系统电压降低时，电容器组的实际出力亦降低；反之，系统电压升高时，电容器组的实际出力也增加，但所配电容容量太小，致使在系统电压较低时无功出力不足。
2、系统电压波动情况
通过对系统母线实时检测，风电场一天内的电压变化情况大致如下：
系统电压最大值为36.35kV，最小值34.3kV，平均值35.4kV。
未投无功补偿装置电压为34.88kV，投入电容器组电压为35.36kV.投入电容和SVG为35.77kV。
由以上数据可知，风电场由于处于地方电网末端，系统电压长期偏低且波动频繁，SVG和电容器组全部投入后，约能提高系统35kV侧网压0.9kV。
五、SVG实际出力情况
通过调节SVG的输出电流，在额定电压下，SVG单套输出容量可达4000kvar。
六、测试结论
通过现场对35kV母线进行电能质量测试，可得出以下结论：
1、电容器组输出容量和系统电压的平方成正比，即电压降低时输出容量降低；
2、风电场内系统电压较低，且一天内波动较大，一般早上电压较低；
3、SVG设备的输出容量为4000kvar，满足设计要求。
七、电容器组出力不足分析
通过对电容器组现场测试及结合场内日常数据统计可知：当系统电压为35kV时，电容器组实际输出容量约为2.8Mvar。通过理论分析及现场测试，主要原因是：系统电压长期较低，而电容器组设计运行电压较高，造成电容器部分无功难以释放。
通过现场测试，发现风电场内系统电压长期处于较低水平，严重时35kV侧电压甚至跌至33kV以下。而当初设计时，电容器运行电压按照38.5kV（最高40.5kV）设计，从而造成实际运行情况和设计初衷相差甚远。而电容器又属于无源器件，其额定输出容量和运行电压成线性关系，从而造成实际运行时，至少0.6Mvar的容性无功无法释放，若在额定设计电压（38.5kV）下运行，电容器组实际出力将至少达到3.4Mvar，在最高电压（40.5kV）时，输出容量将达到3.8Mvar。
综上所述：现场电容器组出力不足存在多方面的原因，包含原始设计数据不准、沟通不畅、目的不明确等因素。同时考虑到目前风电场的主要问题为系统电压过低，并非场内无功补偿装置的容量所能解决，而需要大量的容性无功做支持。根据测试结果，可以在场内进行无功补偿装置扩容，从而保障场内风机的正常发电及稳定运营。
八、无功补偿装置扩容方案
1、补偿容量确定
通过对现场数据分析及历史数据统计，同时结合理论计算，为解决风电场电压过低 （35kV侧低于33kV），场内容性无功功率至少需18Mvar。考虑到目前场内已有的8Mvar无功补偿装置，所以后续扩容装置的无功补偿容量不少于10Mvar，设备投入后可提高35kV侧网压2kV左右。
2、补偿装置方式选择
（1）纯SVG型
方案采用一台35kV额定容量为10Mvar的SVG，与原无功补偿装置并联接于35kV母线上，可与原SVG装置协调工作（需做设备间联调，避免控制混乱），达到稳定系统电压及提高功率因数作用。
成套装置主要由隔离开关，避雷器，油浸式变压器以及SVG变流器（箱变式）组成，可与原SVG装置共用一台开关柜（更换部分器件）。该方案主要优点为：
1）采用有源补偿方式，其输出容量基本不受系统电压影响，适合电压波动较大的场所。
2）可动态的根据系统进行调节，进行电压和功率因数的双重控制。当电压较高时，可自动减少无功输出，以功率因数进行调节，避免过补情况发生。
3）SVG投入时，可平滑的调节无功输出，从而避免了大容量容性无功投入时对电网的冲击。