风电场SVG装置内循环冷却方式的探究

风电场 SVG装置内循环冷却方式的探究

杨文东

中国水电顾问集团姚安新能源开发有限公司楚雄彝族自治州 675000

摘 要：以云南省姚安县保顶山风电场为例，该风电场为优化冷却SVG风机的控制模式，通过SVG装置内循环冷却方式提高风电厂的SVG可靠性运行，同时降低能耗达到节能效果。SVG装置响应速度快、连续可调，现已成为了风电场运行的重要电气设备之一，由控制器给出补偿的驱动信号，通过检测模块及补偿输出模块将提高运行效果。基于此，本文对风电场SVG装置内循环冷却方式进行探究，结合云南省姚安县保顶山风电场的实际情况，提出了具体策略，以期能够为相关人员提供参考借鉴。

关键词：风电场；SVG装置；内循环冷却；策略

前 言：

风资源存在一定的不确定性，在使风电机组时输出规律会存在一定的波动，因此可能出现电压偏差、电压波动等问题，接入系统时还存在稳定性问题，因此需要应用SVG装置解决此类问题。云南省姚安县保顶山风电场有着一定的地理优势，其在实际运行中可凭借地理优势为风电场提供丰富的风力资源，在此过程中需要无功补偿装置系统调节电压及无功，维持风电场的电力系统平衡，满足风电接入系统的功率因数、电压波动与闪变等要求。

1. SVG装置的作用及重要性

风电场正常运行时，风能的不确定性可能引起功率的暴涨暴落，SVG装置的应用则可以抑制电压的波动，为电风场提供无功支撑。电力无功补偿是一项关键的辅助服务，其能够提高电能质量、降低设备及线路有功损耗，保证风力发电厂的稳定运行。风电场SVG装置能够满足设备需要、对系统电压进行有效调整，且可以减小变压器和线路的能力损失，具体为以下几点^[1]。

1. 应用SVG装置能够在最大程度减少对电网侧无功的影响，其可以通过自身调节发出感性，如云南省姚安县保顶山风电场应用SVG装置满足本场站设备的实际需求，避免电压出现异常情况。

2. 风机具有随机及不可控的先天特性，当大量风机切入可能造成电网电压的波动，同时由于风机的输出功率随风速变化而变化，因此需要通过SVG装置对系统电压进行调整，进一步减小电压波动，避免因切出电网时出现电压不稳的情况。

3. 通过风电场无功补偿措施来降低变压器和线路的无功传输，防止因异常情况而造成的变压器和线路中的能量损失，在此基础上减小变压器和线路的能量损失，通过SVG装置达到节能降损的目的。

2. 无功补偿装置SVG的配置情况

保顶山风电场在35kV I、II段母线上各并联一套无功补偿装置SVG，风力发电机为异步电机，在运行过程中需要吸收大量无功，因此在风电场必须进行动态无功补偿。除此之外，频繁投切电容带来的电压跳变还会影响风力发电机的齿轮箱，使之承受更多的压力，WSVG 调节速度快，可以平滑连续的调节输出无功，是理想的风电场无功补偿选择方案，其参数具体如下。

1. 电网电压wsvG-22为35kV额定容量，35-AK为22Mvar，使装置本身从根本上避免了谐振的问题^[2]。

2. 主电路结构为链式单元串联结构，采用控制系统以及全数字控制系统，有效地抑制电压波动和闪变，保证结构的稳定性。

3. 无功调节范围需要控制在-100%~ +100%，实际应用中采用调节方式掌握情况，必要时对无功电压进行综合调节，保证风机的安全运行。

4. 调节系统响应时间需要控制≤5ms，且需要控制系统与功率单元间，可采用光纤隔离，提高风电机组和电网的运行安全性。

5. 装置损耗需要控制在≤1%，在此基础上应控制系统电源，使其保持在AC380V±15%，并要求使用期限＞20年。

在此基础上，云南省姚安县保顶山风电场将务工补偿调节范围控制在了-22Mvar（感性）~ +22Mvar（容性）动态连续平滑调节，无功补偿装置采用自动无级平滑调节方式，调节容量范围控制在22Mvar（感性）~ +22Mvar（容性），实现连续调节，保证系统的响应时间会小于等于30ms，务工补偿动态相应时间为≤5ms^[3]。

三、SVG的工作过程及其模式

SVG 自身系统运行条件对 SVG 设备造成影响，当升压变35kV侧电压低于97%额定电压时，输出容性无功，直至全部容性容量输出。由于现场环境也直接影响设备运行安全，正常运行环境温度为-40℃~45℃，如果环境温度超过允许值，设备须降额使用，或考虑配备相应的空调设备，因此云南省姚安县保顶山风电场对此问题加大了关注力度，在运行过程中保证 SVG 在干燥的环境下，确保SVG 发出容性电流，抵消与之相反的无功电流，提高运行过程中的安全性与稳定性。SVG 有三种运行方式，在应用过程中可根据实际运行情况选择模式，如监测发现运行超过合格范围，则会自动进入稳定运行模式，实现自动调节，提高功率因数。SVG 控制界面会表示装置在无输出无功容量运行时间；闭锁及电压稳定运行时间；电压稳定运行时间；自身故障引起的时间，要求当升压变35kV侧电压在97%额定电压与107%额定电压之间时，动态调节无功输出,优化母线功率因数至0.98以上。

四、风电场SVG装置内循环冷却方式的优化策略

（一）节能减排优化

SVG装置功率单元由 IGBT、驱动板、转接板、控制板、DC 电源、电力电容、吸收电容和散热器等组成，其能够实现节能减排，防止电场在运行中电能质量补偿装置投入率高，云南省姚安县保顶山风电场采用全电压控制运行，避免造成综合厂用电率过高的情况，提高了经济运行效率^[4]。

（二）风机工作模式优化

云南省姚安县保顶山风电场综合电源技术和计算机技术，实现智能化和自动化控制，进一步提高系统的运行效率。同时，上述风电场将全电压工作模式的风机优化为变频工作模式，采用变频器进行风机调速，必须提供至少两名专业人员采集 SVG 装置电流信号，根据当前装置电流和环境温度，确定系统状态、运行状态，计算结果经 PLC 模拟量输出扩展模块至变频器控制端子，变频器控制散热风机。

（三）SVG工作模式优化后的效果

无功补偿经济效益来源于降损节能，云南省姚安县保顶山风电场采用功率单元采用模块化设计，结构和电气性能完全一致，使得产品紧凑、重量轻，且通用性强，SVG冷却风机采用变频工作模式后，根据运行情况测算，使故障的处理简单、方便，为恢复生产赢得了宝贵时间，大大节约用电量。通过各功率单元 PWM 控制信号的生成、控制信号的编码和解码，发出各种执行指令，调查显示一个小时节能2.68×6×30%=4.824k W，假设全年50%时间运行SVG，风机可节能115.77×182=21070.14k W电量。

结束语：

由于风电的特点无功补偿系统在风电场运行过程中的是必不可少的，需要结合实际情况对冷却风机工作模式进行优化，使无功补偿装置冷却风机采用变频工作，减少冷却风机消耗的电量，增加设备整体的使用寿命，降低无功补偿故障率，为行业创新发展奠定基础。

参考文献：

1. 辛元庆,王国君,陈靖, 等.风电场无功损耗特性及其补偿裕度分析研究[J].青海电力,2020,39(1):18-23,57.

2. 潘露,高鹏飞,李笑怡.大型风电场无功补偿装置经济运行研究[J].水电与新能源,2018,32(12):1-5,45.

3. 李洋,常栋梁,何立柱, 等.考虑动态补偿控制的风电场无功电压问题分析[J].智慧电力,2018,46(6):34-40.

4. 曹延超.沙珠玉风电场无功补偿装置分析报告[J].智能城市,2019,5(9):175-176.