STATCOM在风电场无功补偿中的应用研究

在能源危机与环境污染的双重压力下,世界各国均大力发展清洁的可再生能源。这其中风力发电技术发展得最为成熟,装机容量在电网中的比重也越来越大。风电场对电网稳定性的影响越来越受到人们的关注 并网运行的风电场对电网有着多方面的影响,如：风速的随机变化导致风电场输出功率波动,当风电场无功补偿能力不足时,接入点电压也将随之发生波动,甚至发生“电压闪变”,对电网的电压以及运行稳定性带来不利影响；此外,电网出现故障时,要求风电场能够保持并网运行,甚至在故障时能够向电网提供无功功率,帮助系统恢复,即风电场需具备低电压穿越能力。以上两个方面均对风电场的无功补偿能力提出了要求。目前风电场常用可投切电容器组进行无功补偿,但电容器组补偿容量离散,调节速度慢,电压调整能力较差,无法满足风电场对无功功率的动态需求。针对上述问题,本文提出将STATCOM应用于风电场,并使其与风电场原有的无功补偿能力相配合,在提高并网风电场稳定性和低电压穿越能力的同时,减小连续补偿设备的投资。 首先,本文对风电场、风力发电机组、STATCOM的数学模型进行了分析推导,并给出了适用于电力系统仿真的风电场、风力发电机组以及STATCOM的模型与控制框图。 其次,本文将STATCOM应用于基于异步风力发电机组的风电场,使其与风电场原有的可投切电容器组相配合,构成混合无功补偿系统,共同实现风电场的无功补偿；给出了所提混合无功补偿系统的控制策略和原理框图；采用PSCAD/EMTDC建立异步风电场并网的仿真模型,并在稳态、暂态两种情况下进行仿真分析,结果表明：本文所提出的混合无功补偿系统能以较少的成本实现对风电场无功的连续补偿；在电网故障时可及时补偿异步机组的无功需求,并在故障后加快系统电压和风电机组的恢复速度,使得异步风电机组具备了一定的低电压穿越能力。 最后,本文将STATCOM应用于基于双馈感应发电机组(DFIG)的风电场,并使其与双馈风电机组自身的无功补偿能力相配合,以提高双馈风电机组的低电压穿越能力；给出了STATCOM与双馈机组无功调节能力配合的综合无功控制策略与原理框图；采用PSCAD/EMTDC建立双馈风电场并网模型,在不同电压跌落程度下进行仿真分析,结果表明：故障时STATCOM与DFIG的网侧变频器共同向风电场提供无功补偿,抬高了风电场并网点电压,减小了故障时发电机转子电流,降低了Crowbar回路的动作几率,能够有效提升双馈风电机组的低电压穿越能力。