中广核哈密风力发电有限公司 新疆哈密 839000
摘要：在风电渗透率不断提升的情况下，风电会存在较强的波动性与不确定性，因此对电网产生的影响不断提升，并会对电网电压带来一定影响。基于此，本文首先介绍了风电场中无功补偿方式，并对风电系统无功调控技术展开了探讨，进而对风电无功调控中储能技术的应用及无功电压调控技术的未来发展趋势进行了分析，希望可为相关技术的研究与应用提供借鉴。
关键词：风电并网；电力系统；无功调控
中广核新能源新疆分公司位于新彊地区，于2009年创立，是集生产、销售、市场开发为一体的技术型企业，可为隶属企业及关联公司提供技术咨询及投资政策等咨询服务。为了解决风电并网的无功电压控制问题，本公司做了相关研究，认为应对不同类型的风电机组的无功调控能力进行分析，并对风电机组与无功补偿装置的无功补偿能力的协同利用进行探讨，同时还应分析无功控制领域中大规模风电场的无功控制与储能技术。
一、风电场中无功补偿方式分析
风电场中无功补偿时需要应用风电机以及无功补偿装置。目前。风电并网无功调控方式主要有三种，一是运用传统调节设备进行调控；此方法需应用静止无功发生器等无功补偿设备，投资相对较小，但无法进行毫秒级功率的实时调节，功能较为单一，并且容量利用率相对较低，应用时经济性较差。二是对风电与传统无功补偿设备进行调节与协同利用；三是运用复合储能技术进行调节。
二、风电无功调控技术分析
1、风电机组的无功调控能力
（1）恒速恒频机组
此机组主要是通过电网进行无功吸收，进而使电网功率因数得以降低。如果要降低恒速恒频机组在电网中所吸收的无功功率值，可对系统的功率因数进行提升，通常可利用机端并联电容器组实现无功补偿。
（2）双馈风电机组
此机组的功能调节能力较高，无功极限范围、机组运行方式以及所采用的控制策略都会对此机组的调控能力产生影响。其主要采用两种运行方式，一是恒功率因数运行，二是恒电压运行。两种运行方式下，系统电压都较为稳定，并且恒电压可对系统电压的稳定性显著提升。对机组运行进行控制时，可实现静态稳定约束与电网导则约束的有效融合，进而使双馈风电机组的无功调节能力得以有效发挥。
（3）永磁直驱风电机组
永磁直驱式风力发电机可通过变流器直流侧电压的变化控制机侧变流器来调节发电机的电磁功率稳定直流侧电压，有效地抑制直流侧电压波动，实现对电网电压的支持。
2、风电场的无功控制分析
目前，大多数风电机组都是利用风电场集电系统而进行连接，并集中于升压站与电网接入。风电场的集电系统主要有四种接线形式，一是放射式，二是单边环式，三是双边环式，四是复合环式。其中，第一种方式的应用率最高。采用无功补偿装置的目的是对风电场变压器的负载线路产生的功率消耗进行补偿。但因此种方法无法满足实际需求，因此，通常会采用混合无功补偿系统进行功率调节。此技术有诸多优势，在统一的控制器控制下，磁控电抗器与静止无功发生器所组成的混合无功补偿系统为风电场所提供的无功支撑合理性更高，且更加经济。可实现多种运行工况下的无功补偿。同时，将电容器组与静止无功补偿器联合应用组成的混合无功补偿系统，可动态化进行并网点无功功率的连续控制，同时也可在出现故障及故障解决时对并网点的电压提供较高的支撑。
3、风电场汇集地区的无功调控分析
风电场汇集地区的风电主要是以集中接入的方式接入电网，风电出力的波动引起风电汇集系统的有功潮流大幅度变化，导致汇集系统的无功和电压变化。采用此方法进行无功调控可对电压的波动进行有效控制。集群风电无功优化的主要内容是加强风电集群地区的电压支撑点、协调风电场之间无功配合和多种无功补偿装置的配比。为了提高关键点电压的稳定性，可将风电汇集站作为电压中枢，在风电场升压站的高压侧电压的约束下，利用智能算法对大规模风电场的无功电压进行协调控制。也可将双馈风电机组作为核心，利用无功补偿装置进行辅助，进而实现对风电场的分次调压控制。这两种方式都可对关键节点的电压进行调控，然而在电压控制时可能影响电压的稳定性。
三、储能参与的无功调控技术
储能系统的功率吞吐能力较高，可对系统的有功功率及无功功率之间的平衡能力进行有效调节，进而实现储能系统对无功功率及电压的有效控制。目前的储能系统的能量转换形式主要有机械、电磁、化学以及相变等四种储能方式。电磁储能中的超导储能与超级电容器都可实现对电力系统中电能质量的有效控制，可有效降低电压波动，使系统的暂态稳定性得以有效提升。
四、无功电压调控技术的未来发展趋势
（1）风电场中无功补偿设备的响应时间常数各异，其中电容器组响应时间长适合于稳态的无功和电压调节，而风电机组、SVG以及储能系统具备动态调节能力，可有效应对电网运行的极端情况；基于响应时间尺度差异，协调控制电容器、SVG与风电机组等共同完成无功调节，在充分发挥各装置的无功补偿能力的基础上，提高快速动态无功补偿裕度，以应对电网中的潜在扰动，提高电网的电压稳定性。
（2）加强风力跟踪预测的研究，为维持风电接入地区电网电压稳定提供必要的前提。为了有效协调控制多时间梯度的无功补偿设备，在无功整定层中，基于预测风电功率得到未来时间窗的风电机组无功出力，并将该结果应用于风电场无功控制中，可有效地利用风电机组的无功调节能力，并且可提前制定用于稳态无功调节的电容器组的投切计划，有效提升了电压稳定水平，其中预测信息的精度影响着控制结果，并对风电场无功补偿装置的投入提供决策依据。
（3）加强对提高包含储能单元的风储联合发电系统的无功调控经济性研究。基于上文分析，储能可在系统出现无功缺额和电压波动时辅助风电场实现无功功率控制。然而现阶段储能技术成本昂贵，远远不能满足商业化推广的需求，为了有效地激励储能参与系统辅助服务，需要研究制定较为完善的定价机制，基于经济性的角度研究储能参与无功调控的优化配置以及电网无功调控的经济上的可行性。
结语：
在风电接入与开发规模方面，无功电压问题的解决存在一定难度。在大规模风电并网过程中，与传统电网相比，并网后电网的运行特性与之有明显不同，并且无功电压的特性也发生了较大改变。因此，仅采用无功补偿装置或风电机组进行电压调节与并网后电网的控制需求并不相符。利用储能系统运行特性，对配置的储能系统进行重复利用，在电网出现无功缺额和快速电压波动时，辅助风电场实现无功功率控制，既能提高系统的稳定性又能在一定程度上提高了储能利用率。
参考文献：
[1]本刊编辑部.适应大规模风电并网的无功电压协调控制系统研发与工程应用[J].科技成果管理与研究，2016（3）：91-92.
[2]石开明，李源，胡伟，等.大规模风电并网地区无功协调控制策略研究[J].价值工程，2017（35）：118-119.
[3]李亚楠，杨鹏，王华君.大规模风电并网对电网的影响及解决措施[J].中南民族大学学报（自然科学版），2017（3）：84-89.