风力发电系统无功补偿的分析3 - 输配电设备网

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 (9)

　　从(9)式与(5)式的比较可以看出，风电厂电容器C1投入时所出现的涌流峰值倍数表达式与补偿电容器C2投入时所出现的涌流峰值倍数表达式其结构形式相同，仅表达式的参数及组合形式不同。如果对两种投入方式所出现的涌流峰值倍数进行比较，从表达式内参数的变化规律进行分析，就可得到满意的结果。风电厂厂址的选择都是根据风况确定的，一般都远离电网。电网线及中间存在的电气设备，使电容器C1供电回路的电感值L1远远大于补偿电容器组C2放电回路只有母线的电感值L2，即L1 >>L2 。根据风电厂无功补偿电容器的实际匹配情况，阶段投入每组补偿电容器C2的电容量与已运行电容器C1的电容量相比是较小的，即C1>>C2 ，从而 C1> (C1+C2)·C2 / C1 ，由此可以得出KCm1<

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　　3 投切电容器开关的技术要求及选择 信息来源:http://www.tede.cn

　　风电厂机组启动后,在工作风速运行过程中,需要经常投切无功补偿电容器,这样风电厂电网受到较大的涌流冲击,会引起电厂网络电压的较大波动,给风电厂网络的电能质量,电气设备的运行性能及自控系统的控制质量带来极为不利的影响.此外还会出现损坏开关触头的现象。通榆风电厂原风力发电机自带的无功补偿系统虽然采用质量很好的ABB公司生产的交流接触器，但运行3至4年后，接触器均出现不同程度的损坏，有的甚至严重烧毁引起电容损坏。这样不仅直接影响风电厂无功补偿的可靠性，降低风电厂无功补偿的质量，而且也加大开关设备检修维护工作量，增加投切开关设备的更新投资。通榆风力发电厂正是由于这种原因面临所有投切开关的更新。由此针对风电厂无功补偿所出现的涌流，必须采取相应的技术措施加以限制，使风电厂无功补偿的质量得以提高，设备运行更可靠。 信息来自:www.tede.cn

　　风电厂无功补偿电容器投入时所出现的暂态过渡过程直接影响涌流峰值大小。控制无功补偿电容器投入时的相位，是降低涌流的最有效方式，这种方式在技术上可行，也能够达到预期效果，但需较大投资且可控硅的散热问题较难解决。使用交流接触器及并联限涌流电阻或串接电感经过实际使用虽也有良好效果，但从实际长远运行看，可靠使用寿命仍不理想。在日本同样的设备可保用10年，而通榆风电厂只有3至4年的使用期。至于在无功补偿电容器投入前，相应使无功补偿电容器储蓄电荷，以维持一定的电压来降低涌流峰值是可以实现的，但考虑到人身安全和繁琐的充电步骤，也是不可取的。在通榆风力发电厂改造工程中，相关工程技术人员对电容器投切开关的故障原因做了仔细分析。电厂使用的ABB公司生产的这种交流接触器，每组电容器投切开关由两只交流接触器组成，一主一辅，为并联关系。主交流接触器触点工作电流大适合长期工作，为普通结构接触器，与之并联的辅助交流接触器体积及允许工作额定电流小于主交流接触器，与主交流接触器结构不同的是在它的每个触点与外接线端子之间串接有2Ω的功率电阻，外接线端子与主交流接触器外接线端子并联连接，工作过程为投入补偿电容器时，辅助交流接触器首先吸合然后主交流接触器吸合短路辅助交流接触器。从风电厂无功补偿电容器匹配的分析可知：风电厂无功补偿电容器投入时所出现的暂态过渡过程的性质属于振荡过渡状态。如果利用电阻对回路暂态过程的影响，在无功补偿电容器投入时串接限流电阻，不仅会使涌流峰值降低，同时，无功补偿电容器投入时回路所出现的暂态过渡过程的性质将发生变化，由原来振荡过渡过程转变为非振荡过渡过程。限流电阻在风电厂无功补偿电容器正常运行过程中，消耗有功功率非常大，不允许长期串接运行，必须在很短的时间内自动短接。 信息来源:http://www.tede.cn

　　无功补偿电容器回路瞬间串接电阻,是降低涌流峰值较为有效的实现方式,但由于电容器频繁投切,电容量会发生变化,因此,串接电阻在电容器初期容量不变时是最佳阻值,但随使用时间的增加,电容量有一定的消耗,而电阻值基本不变,造成随使用年限的增加而预期的限流效果会越来越差。这就是为什么通榆风力发电厂现在越来越多的投切接触器出现烧损触点以致无法实现电容器的投切原因所在。使用中最长时间已达4年还未出现故障的接触器已寥寥无几。风力发电所需吸收的无功功率与普通供电网路在实现补偿原理上是一致的，普通电网无功功率补偿比较有规律，并且投切次数较少且不频繁，投切还需设定一定的延时时间，而风力异步发电机则不然，风力发电机并网发电时，有一定的功率输出，需要吸收一定的无功功率，变化频繁，不允许电容器投切有较长时间的延时，否则电机不得不从电网吸收相应的无功功率,这样势必影响风机的正常运行。根据通榆风力发电厂的运行实际情况，西安森宝电气工程有限公司设计的专用于投切电容器的复合开关可以有效地解决这一问题。其工作原理为交流接触器并联双向可控硅实现过零点自动投切，既克服了单纯使用固态继电器或可控硅的难解决散热问题，又保证了最大限度的减小电容器投切时产生的涌流对电网的冲击，既实现了电容器的无触点投切，又使交流接触器的使用寿命得以延长。根据对相关器件的额定使用条件理论计算，正常使用寿命可达5-10年。如果风力发电机电容器组匹配合适，使用寿命可以更长，从而有效解决了维护问题。由于通榆风力发电厂所有设备均为进口产品，其用作投切电容器的交流接触器价格与复合开关价格相当，西安森宝电气工程有限公司设计的专用于投切电容器的复合开关所用部件均采用国产优质器件，与同类国外产品比较，成本较低，性能更可靠，更易维护。信息来自:输配电设备网

　　4 结论信息来自:输配电设备网

　　西安森宝电气工程有限公司为通榆风力发电厂设计了无功补偿技术改造方案，并针对风力发电系统无功补偿新产品，该产品运行一年多，效果良好解决了风电厂无功补偿长期未解决的问题，也使作者对风力发电系统的实际工作运行有了更为深刻的认识，风力发电厂在建厂投入运行后，基本无需再投资，仅需维护设备的可靠正常运行，且自动化管理程度高。由于风能的特殊性，现国内大多风力发电厂运行几年后，突出需要解决的问题在于设备维护，无功补偿是其中的重要环节之一。要解决风力发电机运行中的无功补偿问题,从实践改造工程中总结出以下几点：①.对风力发电机实时运行状况及环境风力资源的变化规律要有深刻了解，才能对风力发电机的运行工作状态判定正确。②.风力发电厂发电量与无功补偿电容器容量的匹配，需从实际运行采样的数据中分析总结，确定正确合理的匹配关系,这样风力发电机才能运行在高效率状态下,充分利用资源,发挥设备作用。③.控制系统运行已具有高度的可靠性，而一次设备电容器投切开关的可靠及长期运行至关重要，复合开关是投资小而可靠性高的理想器件。所以，风力发电系统的无功补偿设备可靠运行及电容器组的合理配置，对风力发电机高效运行具有十分重要的作用。 信息来自:输配电设备网

　　参考文献：

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