风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化
专利汇可以提供风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 风 电场 滤波及无功补偿装置的设计和无功优化，涉及滤波及无功补偿技术领域，分为两大部分：补偿装置的无功设计和风电场系统的 电压 无功优化，补偿装置的设计包括:根据 电网 对风电场并网运行的动态无功 支撑 能 力 的要求，计算系统的动态无功需求：在最 低电压 跌落状态下应该输入系统的无功支撑 电流 计算；系统的无功优化包括：控制系统条件设定以及电容器FC调谐支路投切判据的计算。本发明可有效优化风电场谐波治理和无功补偿装置的设计与控制，减少风电厂运行过程中的电压环流和无功环流，提高风机的发电效力，节约 能源 。，下面是风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化专利的具体信息内容。
1.一种风电场滤波及无功补偿装置的设计，其特征在于，所述补偿装置的设计包括:
第一步，根据电网对风电场并网运行的动态无功支撑能力的要求，计算系统的动态无功需求：
发生电压跌落时，风电场须注入电网的动态无功电流
IT ≧ 1.5 ×（0.9 - UT）IN ；0.2 ≦ UT ≦ 0.9 （1-1）
式中：UT - 风电场并网点电压标幺值；
IN - 风电场并网变压器的额定电流；
系统所需的动态无功电流须由SVG装置部分提供，因此滤波补偿装置中的静止无功发生器的安装容量应大于或等于（1-1）式计算得出的最大容量；
第二步，在最低电压跌落状态下应该输入系统的无功支撑电流计算，其公式：
基波补偿容量： （1-2）
补偿后最大过电压： （1-3）
补偿后最大欠电压： （1-4）
式中 ， 为系统电压；
经反复计算所得的基波无功需求量并留有不少于10～20%的余量，即作为滤波补偿装置的基波无功补偿容量；
对照系统的动态无功需求，得出SVG装置的安装容量。
2.根据权利要求1所述的风电场滤波及无功补偿装置的无功优化，其特征在于，所述系统的无功优化包括：
第一，控制系统条件设定
A.主变各发电机组接入点的电压趋近于完全相等和主变各发电机组接入点的功率因数趋近于完全相等；
B.在主变与电网的接入点，电能质量应等于或高于电网的并网要求；
C.同时，控制系统还需要对主变压器和滤波及无功补偿装置进行实时调控，以确保与系统接入点的电能质量完全满足或者高于系统的要求；
第二，电容器FC调谐支路投切判据的计算及投切门限值计算判据：
A.谐波治理
如果风电场的谐波超限，则应投入FC调谐支路，加大谐波通流能力，以利有效吸收风机产生的谐波电流；
B.无功需求
风电场的无功功率超过SVG装置的无功输出能力时，则必须投入FC调谐支路以补偿系统的无功，并提高功率因数；
C.电压调节
在特定情况下，如果系统电压超过限定值，利用投切SVG装置和FC调谐支路来调节系统电压，如果不投FC调谐支路，由SVG装置发出正无功以降低系统电压；如果SVG装置发出负无功或投入FC支路，以提高系统电压；
D.节能要求
以满足谐波治理和无功补偿的前提下，选择最合适的FC调谐支路的投切点的投切判据计算：
SVG装置的常规耗电主要是风机冷却装置及可控硅的发热损耗，一般规定为装机容量的1%以下，FC调谐支路的耗电主要是电抗器和电容器的电阻损耗，一般电抗器的损耗为安装容量的1.5%以下。
3.根据权利要求1所述的风电场滤波及无功补偿装置的设计，其特征在于，所述无功补偿后，系统电压 的偏差范围超出允许的范围，则按下列情况采取相应的技术方案：
a.若补偿后过电压在允许范围内，补偿后欠电压超出允许范围，则应适当提高补偿后的平均功率因数 ，按（1-2）、（1-3）和（1-4）重新计算，直到满足要求；
b.若补偿后欠电压在允许范围，补偿后过电压超出，则应降低补偿后的平均功率因数，按（1-2）、（1-3）和（1-4）重新计算，直到满足要求。
风电场滤波及无功补偿装置的设计和无功优化
技术领域
背景技术
发明内容
发生电压跌落时，风电场须注入电网的动态无功电流
IT ≧ 1.5 ×（0.9 - UT）IN ； 0.2 ≦UT ≦ 0.9 （1-1）
式中：UT - 风电场并网点电压标幺值；
IN - 风电场并网变压器的额定电流。
补偿后最大过电压： （1-3）
补偿后最大欠电压： （1-4）
式中 ， 为系统电压。
A.主变各发电机组接入点的电压趋近于完全相等和主变各发电机组接入点的功率因数趋近于完全相等；
众所周知，控制系统要能够调节风力发电机组的运行状态，实现单机差异化运行参数调控，保证在主变接入点的电压正好平衡，由于接入电缆长度不等（发电机组与升压站之间距离不相等）产生的电压差异，这样可以最大限度地减少发电机组之间的环流，进一步达到节能的目的；要实现这一要求，则必须对发电机组的运行参数进行优化计算，并实现实时单控和群控。
A.谐波治理
如果风电场的谐波超限，则应投入FC调谐支路，加大谐波通流能力，以利有效吸收风机产生的谐波电流；
B.无功需求
风电场的无功功率超过SVG装置的无功输出能力时，则必须投入FC调谐支路以补偿系统的无功，并提高功率因数。
具体实施方式
代入数据：
2
Qc = 0.97 × 50 × (√((1/0.97)-1) = 12.2 MVar
IT ≧ 1.5 ×（0.9 – 0.2）× 824 = 865.2
Qt = 35 × 0.2 × 865.2 × 1.732 = 104.897 MVar
根据计算公式（1—1），在最低电压跌落状态下应该输入系统的无功支撑电流：
IT ≧ 1.5 ×（0.9 – 0.2）× 824 = 865.2
Qt = 35 × 0.2 × 865.2 × 1.732 = 104.897 MVar
根据计算，当系统发生电压跌落故障时，风力发电系统应能在规定的时间内提供最大不小于10.5 MVar的动态无功支撑。
根据计算，当系统发生电压跌落故障时，风力发电系统应能在规定的时间内提供最大不小于10.5 MVar的动态无功支撑。
代入数据：
Qc = 0.97 × 50 × (√((1/0.97)2-1) = 12.2 MVar
大概估算（亦可按下表参数进行详细计算）：
（2597 + 8600）/ 2 × 25 / 1000 = 139.9625 km
IC = (95 + 1.44 × 35) / (2200 + 0.23 × 35)) × 140
QC ≈ - 559 kVar
附表
第一回路集电线路工程35kV电缆敷设记录
共1页 第1页
第三回路集电线路工程35kV电缆敷设记录
共1页 第1页
第二回路集电线路工程35kV电缆敷设记录
共1页 第1页
主变的感性无功
主变的短路阻抗为10.5%，一般情况下，主变的直流电阻很小，其阻抗电压值可视为变压器的电抗值，因而主变在额定条件下运行时的感性无功需求是
Qzb= 50 × 0.105 = 5.25MVar
线路的容性无功：
输电线路的杂散电容的精确计算比较繁琐，这里按比较简单的计算公式进行估算。
实施例的各风机离主变压器距离
共25台风力发电机组，离主变最远的1号风机的距离是8.6 km，最近的一台是20号风机，距离是2.597km，接入电缆是35kV XLPE交联聚乙烯电力电缆（埋地敷设）主变离上一级变电站的距离
主变离系统接入点的距离是15 km，输电线路是架空导线，正常运行在系统内呈感性（这部分感性无功较小，只要距离在30km
以内，一般不会将风电场的总体功率因数降低到0.90以下的水平，影响可不计入）。
单台风力发电机组有功功率：200kW～2000 kW；
单台风力发电机组无功功率：小于等于±460kVar，也就是说在满负荷运行时，单台发电机组的运行功率因数应该在± 0.97左右。按此计算，全部25台发电机组的总无功需求在±11500 kVar以内。
实际上，发电机组的最大无功需求是在±460kVar/台，在正常运行时可以不考虑发电机组的无功需求，只考虑变压器、线路、以及系统的补偿需求。
1主变各发电机组接入点的电压趋近于完全相等
控制系统要能够调节风力发电机组的运行状态，实现单机差异化运行参数调控，保证在主变接入点的电压正好平衡由于接入电缆长度不等（发电机组与升压站之间距离不相等）产生的电压差异，这样可以最大限度地减少发电机组之间的环流，达到节能的目的；要实现这一要求，则必须对发电机组的运行参数进行优化计算，并实现实时单控和群控。
滤波及无功装置FC调谐支路的投切判据有以下几种计算依据：
A.谐波治理
如果风电场的谐波超限，则应投入FC调谐支路，加大谐波通流能力，以利有效吸收风机产生的谐波电流，根据实施例风电场目前的运行数据及测试情况，谐波电流超限的情况应该较少出现，一般都在SVG装置的谐波吸收范围内，因此谐波超限不作为FC调谐支路的投切判据；
B.无功需求
风电场的无功功率超过SVG装置的无功输出能力时，则必须投入FC调谐支路以补偿系统的无功，以提高功率因数。
实施例电抗器的容量是 5000 * 1% = 50kVar
电抗器损耗 50 * 1% = 500W
电容器损耗 5000 * 0.03% = 1.5kW
FC调谐支路的总损耗 2.0 kW
SVG装置的耗电量：冷却风机一般在3kW左右，只要系统通电就会投入，为固定电耗；而
2
其余部分约为无功发生量的0.6 ~ 0.7%是变动的，与流过装置的电流（I * R）的平方成正比，也就是说和装置发出的无功功率成正比的。
也就是说，当系统的无功需求（无功功率）达到2800 ~ 3000 kVar时，应投入FC调谐支路，当系统的无功需求小于2500kVar时，应该切除FC调谐支路。
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