緒論1.1課題研究背景及意義能源需求的持續(xù)增長導(dǎo)致傳統(tǒng)能源的消耗量急劇上升，這不僅加劇了資源短缺的問題，還使得環(huán)境污染問題難以得到有效緩解。在中國，化石資源的儲量雖然在全球范圍內(nèi)占有一席之地，但人均資源占有量卻僅為全球平均水平的一半[1]。面對這一挑戰(zhàn)，中國已經(jīng)開始重視資源的保護(hù)和環(huán)境治理工作，并將風(fēng)電等清潔、可再生能源的開發(fā)利用作為解決能源短缺和環(huán)境污染問題的首選策略。世界各國都在大力發(fā)展可再生能源。潮汐能與地?zé)崮苁堑厍蛏献钪匾膬煞N可再生能源，其能源儲量豐富、建造周期短、造價低廉。但是，這兩種能源的開發(fā)與應(yīng)用均受限于能量分布地域，投資巨大，且熱效率不高[2]。與此形成鮮明對比的是，更多使用的是相對更為成熟的清潔能源，如核能、水力、太陽能和風(fēng)能。核能具有能量密度高、成本低等優(yōu)點，但存在著熱污染、核廢物處置難、事故頻發(fā)等問題。對周圍居民以及周圍的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的沖擊[3]。水力發(fā)電在沒有污染的同時，也造成了不可忽視的生態(tài)破壞。太陽能具有易于收集的優(yōu)點，但是它的能量流動密度比較低。為此，人們逐漸把研究重心轉(zhuǎn)移到風(fēng)力發(fā)電上來。為加快“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略，中國正迅速由以傳統(tǒng)能源為主的電網(wǎng)向以清潔能源為主導(dǎo)的新一代電網(wǎng)轉(zhuǎn)變[4]。而風(fēng)電是一種普遍存在的可再生能源，中國有可能擁有十億千瓦的風(fēng)力資源。近年來，中國對風(fēng)電的投資逐年增多，風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比例也越來越大。但是，大量風(fēng)電接入電網(wǎng)后，其輸出功率的不穩(wěn)定會對電網(wǎng)穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時會導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定、電壓崩塌[5,6]。因此，開展風(fēng)電技術(shù)研究具有十分重要的意義。本文以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定為研究對象，并提出了基于SVG（靜止無功發(fā)生器）裝置的解決方案，以提高風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保障電力系統(tǒng)的安全和可靠運行。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，供電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍持續(xù)擴(kuò)張，在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，諸如感應(yīng)電熱設(shè)備、電氣化軌道車輛、金屬軋制機(jī)械等具有顯著波動特性的用電裝置正被廣泛采用。然而，這類用電設(shè)備存在電能轉(zhuǎn)換效率偏低、無功功率波動幅度過大的問題。在運行過程中，它們會引發(fā)電力系統(tǒng)電壓的顯著波動，進(jìn)而導(dǎo)致線路損耗加劇和供電質(zhì)量惡化。這些因素綜合作用，最終會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染影響。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷出現(xiàn)波動時，若能及時采取應(yīng)對措施來優(yōu)化無功功率補償，將顯著緩解電壓驟升或驟降帶來的不利影響。這種快速響應(yīng)機(jī)制能夠有效平抑電壓突變現(xiàn)象，使系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)可靠。當(dāng)前電力系統(tǒng)中普遍采用的幾種無功補償方式包括:（1）同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)線路無功補償?shù)臉?biāo)配設(shè)備，在早期的電力系統(tǒng)中有著重要的作用。同步調(diào)相機(jī)不僅能夠滿足負(fù)載對靜態(tài)無功功率的補償需求，同時具備動態(tài)調(diào)節(jié)無功功率的自主調(diào)控能力。同步調(diào)相機(jī)進(jìn)入過勵磁狀態(tài)運行時，無功有功帶載時將會瞬時向電網(wǎng)發(fā)出感性無功，使系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)點網(wǎng)壓更接近于升高狀態(tài)。在實際負(fù)載下欠勵磁的狀態(tài)下，同步調(diào)相機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出具有容性的無功，這樣可有效的降低電網(wǎng)并聯(lián)點的電網(wǎng)側(cè)電壓進(jìn)而優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。目前，雖然電網(wǎng)無功補償還在部分應(yīng)用調(diào)相機(jī)，但由于調(diào)相機(jī)的操作相對較為煩瑣以及其本身的維護(hù)費用昂貴等原因，無功補償?shù)姆椒ㄆ鋺?yīng)用頻率也在慢慢減少。（2）并聯(lián)電力電容器通常情況下，傳統(tǒng)的并聯(lián)電容器電力無功的補償主要是分布在電源設(shè)備負(fù)荷兩側(cè)的，主要是為了有效提高電網(wǎng)設(shè)備能量運用能力，在其形式上算是最為常見的無功補償方案。根據(jù)供電設(shè)備的連接形式可分為三種，即集中供電、分散供電以及現(xiàn)場供電。以并聯(lián)電力電容器無功補償裝置進(jìn)行優(yōu)化無功功率的方式，該方式在系統(tǒng)構(gòu)成、費用上都較為簡單。另外，利用電力電容器并聯(lián)的另一種方案是，電網(wǎng)無功值跟網(wǎng)側(cè)的電壓高低呈正相關(guān)關(guān)系，這樣一來并網(wǎng)端口電壓低，供電負(fù)載就無法拿到需要的無功功率數(shù)值，與此同時，其無功功率調(diào)節(jié)能隨之減弱。由于并聯(lián)電力電容器的維護(hù)方法比較簡單，目前還使用并聯(lián)電容器來進(jìn)行無功的補償。（3）靜止無功補償器(StaticVarCompensator，SVC)靜態(tài)無功補償裝置（SVC）制造過程中，主要由電容器和電抗器組成，隨著使用愈加普遍，也可將這種設(shè)備稱之為靜止補償裝置或靜止補償器。SVC在運行的過程中能夠提供可變化的容性或感性無功功率，因此調(diào)節(jié)無功功率的迅速度和調(diào)節(jié)性均有良好的效果。并且在系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后還能夠維持系統(tǒng)的電壓不變，能夠限制系統(tǒng)出現(xiàn)的振蕩等。關(guān)鍵的動態(tài)無功補償裝置的特征就是SCR可以對電容器進(jìn)行投切，同時具有SCR將電抗器實時調(diào)節(jié)的另一種控制方式，在此基礎(chǔ)上引入電容器和電抗器混合裝置，SVC已經(jīng)在工業(yè)范圍內(nèi)獲得了廣泛使用。（4）靜止無功補償發(fā)生器（StaticVarGenerator，SVG）通過優(yōu)化SVC的結(jié)構(gòu)功能，發(fā)明出另一類型的裝置，即靜態(tài)無功補償器（SVG）。SVG在工作時，可利用自換相橋式電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)撵`活調(diào)節(jié)，也可以直接接入電網(wǎng)進(jìn)行工作。實時監(jiān)測橋式電路輸出的信號最大值和初相的同時將交流電壓端輸出的電壓與電流進(jìn)行匹配即可通過這一控制方法保證整個電網(wǎng)中的逆變器能夠吸收或饋出系統(tǒng)所要求的無功并自動完成對電網(wǎng)的無功補償。在沒有無功功率源電路中，由于加入了直流電容，所以沒有額外的電容，SVG的優(yōu)勢就在于無功特性下對電網(wǎng)的影響較小。在現(xiàn)代開關(guān)器件技術(shù)快速發(fā)展的情況下，可以應(yīng)用SVG進(jìn)行無功補償，并在高功率、高電壓等工況下進(jìn)行運行，其中世界范圍內(nèi)對SVG進(jìn)行深層次研究、設(shè)計制造也取得了很顯著的成果。在世界各國，東芝、日立、西屋和西門子等公司在積極投入大量技術(shù)力量進(jìn)行SVG的研究并成功地設(shè)計出了各自的產(chǎn)品并使其在電網(wǎng)的運行中得到了良好的應(yīng)用；截至目前，清華大學(xué)、東北電力大學(xué)和華北電力大學(xué)等均對SVG開展多年的研究。最新研究數(shù)據(jù)表明，SVG裝置的核心電路架構(gòu)普遍選用三相全橋電壓型或三相全橋電流型這兩種功率變換拓?fù)浞桨?。目前階段，SVG設(shè)備領(lǐng)域普遍采用IGBT作為核心元件，這種半導(dǎo)體組件具備優(yōu)異的動態(tài)響應(yīng)特性，工作參數(shù)調(diào)節(jié)區(qū)間更為寬廣，屬于完全可控型功率電子器件。在SVG設(shè)備儲能單元選型過程中，通過深入的理論研究與實驗驗證發(fā)現(xiàn)，其容量配置能夠滿足相對適中的技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)需要輸出最大無功補償電流時，實際性能主要由電力電子開關(guān)器件的選型參數(shù)決定。由此可以得出結(jié)論，SVG型無功補償設(shè)備的組件在物理尺寸方面較SVC裝置具有明顯優(yōu)勢。當(dāng)SVG設(shè)備被部署于電力網(wǎng)絡(luò)用于無功補償時，在直流側(cè)配置大容量電容器或其他直流儲能元件的情況下，若運行周期較為短暫，裝置能夠輸出部分有效功率。相較于傳統(tǒng)的SVC技術(shù)，這一特性使其在實際工程應(yīng)用中展現(xiàn)出更顯著的技術(shù)優(yōu)勢。2風(fēng)電場無功電壓特性研究2.1風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響《電力系統(tǒng)安全與穩(wěn)定準(zhǔn)則》中的電壓穩(wěn)定性定義為，當(dāng)電力系統(tǒng)遭遇輕微或嚴(yán)重的擾動，且電壓沒有顯著下降的狀態(tài)下，能夠讓系統(tǒng)保持或恢復(fù)在可接受的范圍內(nèi)的能力[7]。它只取決于被供電的負(fù)載和對負(fù)載要求的均衡。若電力供應(yīng)不足，則不能達(dá)到負(fù)載與電網(wǎng)的均衡，造成電網(wǎng)失穩(wěn)。在嚴(yán)峻的條件下，這會引起整個體系的不穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)不均衡且不斷地給負(fù)載提供電力時，將會導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓崩塌。按照干擾強(qiáng)度大小，電網(wǎng)中干擾可以劃分為大擾動和小擾動。例如，電網(wǎng)電壓的微小變化和負(fù)載的急劇上升一般屬于小擾動，而像是如短路和切斷這樣的事故就屬于大擾動。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)中的電網(wǎng)節(jié)點電壓將出現(xiàn)一些變化，會對電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性造成一定的影響。通過分析求解風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電功率在電網(wǎng)中的潮流，研究了系統(tǒng)發(fā)電功率增加以及風(fēng)力變化的工況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)及輸電線路的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，利用不對稱故障理論，研究風(fēng)電機(jī)組在短路、斷線或切出等情況下，風(fēng)電機(jī)組仍然能夠保持穩(wěn)定的電壓。風(fēng)力發(fā)電的迅猛發(fā)展，使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對其接入系統(tǒng)提出了更高的要求。既要保證高品質(zhì)的風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)，又要保證風(fēng)機(jī)在一定的失效周期之內(nèi)仍能穩(wěn)定地接入電網(wǎng)。這種風(fēng)電機(jī)組在故障期間維持并網(wǎng)連續(xù)運行的能力被稱為低電壓穿越能力[8]。2.1.1穩(wěn)態(tài)電壓分析（1）P-V曲線分析法靜態(tài)電壓穩(wěn)定的本質(zhì)是評估電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行條件下維持電壓平衡的能力?；诜€(wěn)態(tài)潮流計算方法對風(fēng)電場的并網(wǎng)情況的穩(wěn)態(tài)電壓穩(wěn)定性問題進(jìn)行研究。風(fēng)電場接入電網(wǎng)的示意圖如下圖2-1所示，把整個風(fēng)電場里的風(fēng)電機(jī)組等效成一臺風(fēng)電機(jī)組，為機(jī)端輸出電壓，為接入電網(wǎng)節(jié)點電壓，風(fēng)電場到系統(tǒng)的等效阻抗為[9]。圖2-1風(fēng)電場并網(wǎng)示意圖（2-1）設(shè)向量，則將上式處理得到有功P和無功Q：（2-2）進(jìn)一步整理可得：（2-3）當(dāng)，將，將R省略，可求得電壓U2：（2-4）由上式和函數(shù)關(guān)系：，可得到有功功率P和電壓U的函數(shù)關(guān)系。以P為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)作圖，進(jìn)而可得到P-V曲線[10]。從圖2-2可以看出，通過P-V曲線的函數(shù)來研究電壓穩(wěn)定問題。曲線上的S點為電壓失穩(wěn)的關(guān)鍵點。在此情況下，只要在拐點之上的一段時間內(nèi)，系統(tǒng)的電壓就會一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且可以順利地進(jìn)行控制。但如果在拐點以下，則不能得到求解，將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓失穩(wěn)。本文擬以含風(fēng)電的電網(wǎng)為對象，利用P-V特征分析方法，研究電網(wǎng)穩(wěn)定運行時，風(fēng)電出力的波動對電網(wǎng)中各結(jié)點電壓的影響，并考慮風(fēng)速的不確定因素。為了減少計算的復(fù)雜性，提高了對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性的評價效率，將其轉(zhuǎn)化為對一個連續(xù)時段內(nèi)的電力潮流的求解[11]。（2）V-Q曲線分析法在公式2-4中，若負(fù)載的功為常數(shù)，則可以求出無功Q與電壓U之間的關(guān)系。以電壓U和無功Q作為縱軸，得到了相應(yīng)的V-Q曲線。用特征曲線描述母線上的母線電壓與母線上的無功的變化規(guī)律，并對其進(jìn)行了量化的研究。在圖2-3展示了V-Q函數(shù)的圖像，在圖中，其中的S點表示系統(tǒng)穩(wěn)定運行的臨界點。系統(tǒng)當(dāng)時運行在穩(wěn)定區(qū)域；而當(dāng)系統(tǒng)時則運行位于不穩(wěn)定區(qū)域。在下圖中，當(dāng)S點位于橫軸的上方時，說明系統(tǒng)當(dāng)前的無功容量不足以維持穩(wěn)定運行，在這種情況下，必須立即進(jìn)行無功補償，否則，由于無功支持能力不夠，系統(tǒng)將不能正常正常工作，所以，及時進(jìn)行無功補償是預(yù)防電網(wǎng)電壓崩潰的關(guān)鍵。當(dāng)圖像中的S點位于橫軸下方時，函數(shù)曲線與橫軸有兩個交點，圖像與橫軸的右側(cè)交點為運行點，d為無功裕度[9]。圖2-2P-V曲線示意圖圖2-3V-Q曲線示意圖2.1.2暫態(tài)電壓分析暫態(tài)電壓穩(wěn)定問題的原因主要包括以下幾類：電力系統(tǒng)故障、開關(guān)操作以及大氣放電等因素。這些因素可能引發(fā)暫態(tài)電壓不穩(wěn)定，如電網(wǎng)運行故障，開關(guān)操作故障，空氣放電等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般都是在電網(wǎng)的終端，對電力系統(tǒng)的支持力度很小，再加上風(fēng)力發(fā)電和電網(wǎng)線路故障引發(fā)的電壓波動，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電壓穿越能力不足，就容易出現(xiàn)機(jī)組脫網(wǎng)的現(xiàn)象。綜合來看，風(fēng)電場的電壓暫態(tài)問題主要受兩個方面的影響：內(nèi)部故障和電力系統(tǒng)故障。風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)部故障：多處于偏遠(yuǎn)、惡劣的環(huán)境中，且單元間相互獨立，造成了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，容易出現(xiàn)諸如短路等電氣故障。由于各種原因，導(dǎo)致風(fēng)電場的電壓下降，嚴(yán)重威脅到風(fēng)力發(fā)電的安全[13]。電力系統(tǒng)故障：電網(wǎng)與電網(wǎng)間的距離一般很遠(yuǎn)，同時也極易受外界環(huán)境的影響，且存在多種干擾。在有干擾的情況下，系統(tǒng)的電壓會急劇降低，并通過傳輸線、變壓器等傳輸?shù)较到y(tǒng)的終端。因為風(fēng)力發(fā)電場一般都是在電力網(wǎng)絡(luò)的盡頭，所以這種傳輸?shù)牡蛪阂矔|發(fā)風(fēng)力發(fā)電場的電壓下降[14]。2.2風(fēng)電并網(wǎng)的無功特性分析2.2.1風(fēng)電機(jī)組的無功特性分析在當(dāng)前的風(fēng)電場中，常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型主要有三種：鼠籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及直驅(qū)永磁型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。盡管鼠籠型異步發(fā)電機(jī)在性能上相較于后兩者機(jī)型仍存在一定的局限性，然而，由于其具有簡單易接入電網(wǎng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點，目前仍被眾多的風(fēng)電機(jī)組所采用。本文選擇鼠籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為研究對象，分析其在風(fēng)電系統(tǒng)中的無功變化的特性[15]。鼠籠型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運行特點是在向電力系統(tǒng)提供大量有功功率，從而滿足電力負(fù)荷的需求，但與此同時，發(fā)電機(jī)勵磁運行需要從系統(tǒng)中吸收較大比例的無功功率。另外，鼠籠型風(fēng)電機(jī)組與感應(yīng)電機(jī)相比，其運行特征更接近于感應(yīng)電機(jī)，在保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定方面起著舉足輕重的作用。鼠籠型風(fēng)電機(jī)組等效電路與系統(tǒng)的功率流動示意圖見下面的圖2-4和圖2-5。圖2-4鼠籠型異步發(fā)電機(jī)等效電路圖圖2-5鼠籠型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率流動圖可由電路理論，可得如下電路方程：（2-5）由等值電路可得，機(jī)組發(fā)出的有功功率：（2-6）發(fā)電機(jī)吸收的無功功率：（2-7）轉(zhuǎn)差率為：（2-8）功率因數(shù)角為：（2-9）上式中：鼠籠型風(fēng)電機(jī)自身缺乏對無功功率的主動調(diào)節(jié)能力，在輸出有功功率的同時需要從電網(wǎng)吸收無功功率。由于長距離輸送無功功率容易導(dǎo)致電網(wǎng)損耗增加和電壓不穩(wěn)定等問題，通常在鼠籠型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)端并聯(lián)一定容量的電容器組為發(fā)電機(jī)提供所需的無功功率支持，減少對電網(wǎng)的依賴，從而降低無功功率傳輸對電網(wǎng)運行的影響。2.2.2風(fēng)電場并網(wǎng)點無功特性分析風(fēng)電場的結(jié)構(gòu)通常裝設(shè)風(fēng)電機(jī)組的規(guī)模，可能從幾十臺到幾百臺不等，為了實現(xiàn)電能的高效匯集和傳輸，風(fēng)電場中普遍采用一機(jī)一變的接線方式，即每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)都配有一臺箱變，這些箱變通過集電線路匯集后，將電能輸送到升壓變壓器處理，再通過高壓線路接入大電網(wǎng)，完成電力的輸送和并網(wǎng)。風(fēng)電場電氣主系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、箱式變壓器、集電線路、升壓變壓器及相關(guān)輔助設(shè)施組成。在進(jìn)行并網(wǎng)點的無功特性分析時，通?？梢詫⒄麄€風(fēng)電場視為一個統(tǒng)一的整體，并進(jìn)一步簡化為純并聯(lián)的結(jié)構(gòu)模型，風(fēng)力發(fā)電場的并網(wǎng)示意圖如下圖2-6所示。圖2-6風(fēng)電場并網(wǎng)示意圖至此，可得到如圖2-7所示的任意一個風(fēng)電接入點的眾多風(fēng)電場等效示意圖。圖2-7單個風(fēng)電場并網(wǎng)示意圖隨著南方電網(wǎng)對風(fēng)電接入標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對風(fēng)電機(jī)組的高質(zhì)量接入提出了更高的要求。設(shè)公共連接點的參考電壓為，并網(wǎng)點電壓為，則有如下關(guān)系式：（2-10）在公式中：P1表示風(fēng)電場向并網(wǎng)點輸送的有功功率和Q1表示風(fēng)電場向并網(wǎng)點輸送的無功功率，而P2則對應(yīng)線路輸出的有功功率和Q2無功功率。R和X分別代表集電線路與升壓變壓器所連接部分的等效電阻及等效電抗。這些變量共同構(gòu)成了描述風(fēng)電場并網(wǎng)特性的數(shù)學(xué)模型。一般情況下，有：（2-11）可以把2-11式化簡為：（2-12）由式2-12可得，電壓U2的大小主要受到網(wǎng)側(cè)電壓的直接影響，同時，有功功率P2的輸出水平則主要由風(fēng)機(jī)的出力情況決定，若要實現(xiàn)對并網(wǎng)點電壓U1的有效調(diào)節(jié)，則必須通過調(diào)整無功功率Q2的數(shù)值來完成，由于Q2的變化范圍直接受到風(fēng)電場無功功率輸出Q1的限制，因此為了能夠通過調(diào)節(jié)Q1來實現(xiàn)對U1的有效調(diào)節(jié)，風(fēng)電場就必須要有一定的無功調(diào)控能力。2.2.3風(fēng)電場整體無功特性分析風(fēng)電場運行過程中，無功功率的損耗是電能傳輸和轉(zhuǎn)換過程中的重要問題，主要來源包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、升壓變壓器以及輸電線路在長距離傳輸過程中產(chǎn)生的損耗。對于無功損耗的產(chǎn)生是不可避免的。由于風(fēng)電場中的感性負(fù)載的存在，需要通過容性無功功率的注入來實現(xiàn)對感性無功的補償，從而維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。當(dāng)風(fēng)電場處于空載運行狀態(tài)時，系統(tǒng)內(nèi)的容性無功功率可能過剩，對于多出的容性無功需要通過感性無功功率來進(jìn)行調(diào)節(jié)和吸收，以避免電網(wǎng)電壓過高和波動[16]。隨著電網(wǎng)的工作狀況，風(fēng)電機(jī)組對電網(wǎng)的無功要求可分為兩類：（1）接近啟動風(fēng)速時的風(fēng)速：當(dāng)風(fēng)速逼近接近啟動風(fēng)速時，此時的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組剛剛轉(zhuǎn)動，此期間內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本沒有任何有效功率或者效功率為0。由于設(shè)備負(fù)載較輕，系統(tǒng)對無功功率的需求也相對較低。這種情況下，只需通過補償裝置提供極少量的無功功率，便可以滿足電網(wǎng)對于電能質(zhì)量的基本要求并確保設(shè)備的正常運行。（2）風(fēng)速在額定風(fēng)速左右：當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或接近額定風(fēng)速時，風(fēng)機(jī)進(jìn)入高負(fù)載甚至滿載運行狀態(tài)。此時，風(fēng)電場對無功功率的需求顯著增加，主要原因是發(fā)電設(shè)備、升壓變壓器以及場內(nèi)其他感性負(fù)載會吸收大量無功功率。不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在無功調(diào)節(jié)性能上存在差異，所以系統(tǒng)需要通過外部補償裝置為電網(wǎng)提供額外的無功功率，確保并網(wǎng)點電壓的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的可靠性。隨著風(fēng)電場裝機(jī)容量的快速增長，其并網(wǎng)運行對電能質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性的要求逐步提高。為確保并網(wǎng)點滿足國家規(guī)定的電壓范圍和電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電場通常需要配置無功補償裝置。補償裝置需具備較寬的調(diào)節(jié)范圍，以實現(xiàn)從感性無功到容性無功的靈活調(diào)控。補償設(shè)備的主要作用可以從以下三個方面展開說明：（1）風(fēng)電場通常在匯集點處安裝無功補償設(shè)備，用以集中處理無功功率需求。這類裝置不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測母線電壓，還可以靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓水平。特別是在大規(guī)模風(fēng)電場并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)退出時，往往會產(chǎn)生較大的電壓波動，通過集中無功補償可以有效緩解這一問題，確保電壓的平穩(wěn)過渡，同時提升系統(tǒng)運行的整體可靠性。（2）當(dāng)風(fēng)電場向電網(wǎng)傳輸電力時，風(fēng)機(jī)、升壓變壓器等裝置將會從電網(wǎng)中抽取海量的無功，造成電網(wǎng)中的無功損耗，進(jìn)而引發(fā)電壓跌落。在電網(wǎng)中增設(shè)補償裝置，將需要的無功投入到電網(wǎng)中，有效地補充了電網(wǎng)中的無功損耗，從而提高了電網(wǎng)的供電品質(zhì)；并網(wǎng)的電壓的穩(wěn)定也可以被保持。（3）在風(fēng)電場的正常運行中，由于感性設(shè)備吸收了大量無功功率，如果這些無功未能被及時補償，便會在系統(tǒng)中來回流動。這種無功功率的流動特性會顯著提升電力傳輸線路與變壓器的能量損耗，造成設(shè)備溫度上升，進(jìn)而影響整體運行效能。而加裝無功補償裝置后，可以減少系統(tǒng)中無功功率的循環(huán)流動，從而降低輸電線路和變壓器的損耗，最終有效提升系統(tǒng)的整體效率和經(jīng)濟(jì)性。3動態(tài)無功補償裝置研究3.1無功補償原理通過將電容器與感性負(fù)載組成一個循環(huán)的路徑，以此利用電容器與感性負(fù)載之間的能量互補的方式來實現(xiàn)對需要的供給需求的平衡。也就是說，當(dāng)電容器負(fù)載需要提供功率之時，電感負(fù)載便會汲取它的；相反，電感負(fù)載如果需要提供功率的話，同樣會被電容器的負(fù)載給汲取。這種途徑有助于實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換負(fù)載的需求，并把所需要的所有無功功率均轉(zhuǎn)交到電容器負(fù)載上，無功補償正是這樣的原理所在。靜止無功發(fā)生器（SVG）通過調(diào)節(jié)其交流端口處電流的大小及相位大小，調(diào)控電網(wǎng)中關(guān)鍵性電氣參數(shù)如電壓、電流等?；蛘哒f，直接控制橋式電力裝置發(fā)生出所需的特定電壓特點，完成系統(tǒng)無功功率的吸入或輸出，保證動態(tài)無功補償能力的有效運行，且SVG的工作中所反饋的諧波影響不大，反饋迅速，適用各種復(fù)雜的環(huán)境，故是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的一種主要應(yīng)用的現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。3.2SVG的基本結(jié)構(gòu)和原理SVG使用可關(guān)斷型IGBT開關(guān)器件，具備較短的響應(yīng)時間，同時結(jié)合PWM控制算法，輸出諧波含量較低，能夠有效減少對電網(wǎng)的諧波干擾。SVG的基本工作原理：通過調(diào)制逆變器的交流接口的電壓值與電網(wǎng)電壓值之間的關(guān)系（，或者直接控制其交流接口的電流值，從而實時調(diào)節(jié)逆變器主電路中吸收或輸出的無功功率，以此實現(xiàn)對電網(wǎng)動態(tài)無功的補償，從而提高了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性及電能質(zhì)量。根據(jù)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，SVG可以分為電流型和電壓型。其中目前常用的是電壓型，本文也選取電壓型SVG對作為研究對象。SVG主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3-1所示[17]。圖3-1SVG主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖下面的附圖3-2是按照基爾霍夫（KVL）（忽視換流器和電抗器的損失）的SVG的單相等值電路和向量圖，可以得出電感兩端的電壓關(guān)系：，其中為電網(wǎng)電壓，為SVG輸出電壓，為電感兩端的電壓。通過控制逆變器的占空比調(diào)節(jié)SVG輸出電壓的幅值和相位大小，可以實現(xiàn)對無功功率的靈活調(diào)節(jié)。當(dāng)時，SVG輸出電壓相對于電網(wǎng)電壓超前，電流超前電壓，這時的SVG以容性模式運行，向電網(wǎng)注入無功功率，用于補償電網(wǎng)中感性負(fù)載的無功需求，類似于電容器的特性；當(dāng)時，SVG輸出電壓滯后電網(wǎng)電壓，電流滯后電壓，這種運行模式下，SVG從電網(wǎng)吸收無功功率，用于抑制容性負(fù)載引起的電壓過高問題，類似于電感器的特性。當(dāng)時，SVG的輸出電壓等于電網(wǎng)的電壓，其與電網(wǎng)的無功交流是0。圖3-2SVG單相等效電路及向量圖下面的圖3-3是在一個真實工作狀態(tài)下（含換流器和電抗器損失）的SVG單相等效回路和矢量示意圖。在實際工作中，由于SVG的聯(lián)接電抗器L與線路自身均會發(fā)生一定程度的能耗損失，并用串聯(lián)電阻器R將其等值化。因為線路中有損失，也就是線路中的等效電阻R，所以Us與U1有一個相位差δ。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的研究思路，對SVG進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。通過改變U1的相位和幅度，間接地調(diào)控上行UL鏈路，達(dá)到對IL的控制，達(dá)到準(zhǔn)確地控制SVG的無功，滿足系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)需求。圖3-3實際運行中的SVG單相等效電路及向量圖3.3SVG的數(shù)學(xué)模型SVG數(shù)學(xué)模型可分為靜止坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型和d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型[25]。（1）abc三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型假定SVG的三相輸出電壓表示為：（3-1）式中，表示SVG的輸出相位電壓對直流端的電壓之比：是靜止無功發(fā)生器輸出相位和電網(wǎng)電壓的角度。設(shè)三相對稱的電網(wǎng)電壓，用表示相電壓的有效值，設(shè)為，表達(dá)式如下：（3-2）從圖3-3可以看出SVG的abc三相的函數(shù)表示，其中、、的參考方向表示在上面的圖3-3中。（3-3）在DC端的容量存儲公式如下：（3-4）將公式（3-1）套入（3-4），可以得出：（3-5）將上述各項結(jié)合起來，可以獲得SVG的數(shù)學(xué)公式：（3-6）由于本論文所設(shè)計的SVG主要線路是三相三線式，沒有中性線的星型接線方式，因此有。取和為獨立變量，用和表示，因此，公式（3-6）可以簡化成下面的公式。（3-7）將公式（3-7）改變成狀態(tài)方程式的格式，并且表示如下：（3-8）（3-9）公式（3-8）、公式（3-9）是abc坐標(biāo)系下的一個數(shù)學(xué)模式的表示，可以看到，它們是一組隨時間變化的系統(tǒng)的微分方程式，因此，對它們進(jìn)行解析是相當(dāng)困難的。以下是dq0座標(biāo)模式的構(gòu)建。（2）dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型如從abc靜態(tài)座標(biāo)到dq0座標(biāo)的轉(zhuǎn)換如圖3-4所示，在該表達(dá)式中，電壓矢量Vs和d軸一致。圖3-4abc-dq0坐標(biāo)示意圖將abc坐標(biāo)系中的各個物理量進(jìn)行park轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成dq0坐標(biāo)下的公式：（3-10）上面的公式中Tabc-dq，為變換矩陣的park變換：（3-11）對系統(tǒng)的三相電流進(jìn)行Park轉(zhuǎn)換，得到：（3-12）（3-13）將公式（3-3）套入（3-7)，可以簡化為：從圖3-4中abc至dq0的座標(biāo)轉(zhuǎn)換可以看出，當(dāng)對該電壓進(jìn)行park轉(zhuǎn)換之后，在dq0處的表示是：（3-14）將公式（3-14）套入（3-13)，得到：（3-15）考慮到逆變電源的交、直流兩方的有功均衡，可以得出如下公式：（3-16）進(jìn)一步整理后可以得出：（3-17）根據(jù)式（3-9）和與式（3-10），能夠得出SVG在dq0坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)表征形式。通過觀察可以看出，這是一組具有恒定參數(shù)的微分方程組，比相較于abc坐標(biāo)系中隨時間變化的微分系統(tǒng)，分析難度降低很多，表達(dá)式如下所示：（3-18）進(jìn)一步可得，SVG向電網(wǎng)中注入的瞬時有功和無功為：（3-19）由公式（3-19）可知，SVG與系統(tǒng)之間有功交換可通過的調(diào)節(jié)實現(xiàn)，而無功功率的吸收或釋放可通過調(diào)整來完成。3.4SVG的控制策略對于通過SVG動態(tài)無功補償而言，一般會通過電流跟蹤控制方式來進(jìn)行補償操作，主要有滯環(huán)比較控制技術(shù)和三角波比較控制技術(shù)。其控制方式就是在測量的結(jié)果被對比與給定值不一致后將差值送到PI控制器中，通過PI控制器來提供補償信號，再送至信號發(fā)生器當(dāng)中用來驅(qū)動開關(guān)管的開閉信號。而三角形比較控制技術(shù)則具有穩(wěn)定、可靠的特點，并且形成的電流諧波成分也比較少，進(jìn)而減少了對供電系統(tǒng)的干擾。因此，本文選擇了三角波比較控制法作為控制策略[18]。圖3-5三角波比較法控制原理圖現(xiàn)在常見的SVG控制方式有：直接電流控制與間接電流控制兩種。間接電流控制：把靜止無功發(fā)生器等效為可以調(diào)節(jié)的電壓源，通過調(diào)整逆變電源的交流端的電壓的大小、相位來間接地調(diào)控交流端的電流。如由圖3-6所示，通過對交流電源和電網(wǎng)電壓的相位差δ進(jìn)行控制，可以對SVG的輸出無功進(jìn)行間接調(diào)整。目前，電流間接控制主要有：單一δ控制和δ與θ共同控制（θ表示換流器的導(dǎo)通角度）兩種。在大規(guī)模的使用情況下，此方式更適合。如圖3-6所示為δ與θ共同控制的框圖。圖3-6δ與θ配合控制框圖其中，在電流間接控制的策略中，代表無功電流分量參考值，Iq代表檢測值，UqSVG代表無功功率控制的電壓分量，UdSVG表示有功功率調(diào)節(jié)電壓分量，Udc則是直流母線實測電壓值，為參考電壓信號，為有功電流參考值，Us為電網(wǎng)電壓，但是，因為反饋信號的傳輸和處理可能涉及多個控制環(huán)節(jié)，所以系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，特別是在負(fù)載變化較快時，可能無法快速調(diào)整電流。直接電流控制：將dq0坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之后，ia、ib、ic解耦為電流在d軸上的無功分量id和電流在q軸上的無功分量iq，然后與轉(zhuǎn)換之后的電壓與有功電壓和無功進(jìn)行對比，再輸入到PI控制系統(tǒng)中。在此基礎(chǔ)上，利用直流端的真實容量與基準(zhǔn)電壓來求取有源電壓的偏差信號。然后利用dq0反變換得到abc坐標(biāo)，并與三角波比較的方法相配合產(chǎn)生了開關(guān)管的激勵信號。這種算法具有快速、精確的特點，尤其適合在小型應(yīng)用場合。圖3-7SVG直接電流控制框圖直接電流控制方式是通過直接對電流信號的控制來實現(xiàn)實時控制無功及有功功率，相對比較精確，與間接電流控制方式相比，無需采取中間的控制措施。此方法無需直接對相角δ和導(dǎo)通角θ的檢測和調(diào)節(jié)，因而能夠快速響應(yīng)，同時滿足SVG對動態(tài)特性的需求。所以本文選擇了直接電流控制法作為控制策略。4風(fēng)電并網(wǎng)無功補償技術(shù)研究4.1瞬時無功功率理論基礎(chǔ)瞬時無功功率理論可以在多元視角下反映出傳統(tǒng)的無功功率理論，這就使得這一理論具有很清晰的應(yīng)用范圍，具有廣泛可操作性?；谒矔r無功功率理論框架，能夠系統(tǒng)性地推演出有功功率分量、無功功率分量以及電網(wǎng)諧波電流的分離算法通過上面方法，我們能夠根據(jù)實際情況中的周期性變化采樣規(guī)律來獲取功率系統(tǒng)的瞬時電流數(shù)據(jù)，這樣能夠使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，并且補償效果也能保證。在三相電路中，假設(shè)ea、eb、ec是三相的瞬時電壓值，ia、ib、ic是三相的瞬時電流值。將其轉(zhuǎn)化到α-β坐標(biāo)上，對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系如式（4-1）和式（4-2）所示。(4-1)(4-2)式中在平面上，電壓矢量由矢量、合成，電流矢量由、合成，設(shè)其幅角分別為、，夾角φ如式（4-3）所示。(4-3)三相瞬時有功電流和瞬時無功電流分別為矢量在矢量e及其法線上的投影，如式（4-4）所示。(4-4)三相瞬時有功功率和瞬時無功功率的計算公式，可分別表示為電壓矢量e的幅值與三相瞬時有功電流、無功電流的乘積，數(shù)學(xué)關(guān)系如式（4-5）所示。(4-5)將式（4-3）和式（4-4）代入式（4-5）中，可得式（4-6）。(4-6)將式（4-1）、式（4-2）代入式（4-6），可得有功功率和無功功率與三相電壓和電流的關(guān)系，如式（4-7）所示。(4-7)在三相電路中，瞬時有功功率可以理解為當(dāng)前時刻的功率值。通過將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系，可以進(jìn)一步分析電壓和電流矢量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而得出式（4-8）和式（4-9）。(4-8)(4-9)在坐標(biāo)系中，瞬時有功功率等于該相瞬時電壓和瞬時有功電流的乘積，瞬時無功功率等于該相瞬時電壓和瞬時無功電流的乘積，如式（4-10）所示：(4-10)由式（4-10）可推出式（4-11）。(4-11)兩相瞬時電流經(jīng)過變換可得三相瞬時電流，如式（4-12）所示。(4-12)將式（4-8）和式（4-9）代入式（4-12）中可得式（4-13）和式（4-14）。(4-13)(4-14)式中由式（4-13）和式（4-14）可推出式（4-15）和式（4-16）。(4-15)(4-16)在a、b、c三相系統(tǒng)中，各相的瞬時有功功率pa、pb、pc可通過該相電壓瞬時值與有功電流瞬時值的乘積獲得，如式（4-17）所示；(4-17)a、b、c三相各自的瞬時無功功率qa、qb、qc就是每相當(dāng)時的電壓和當(dāng)時的無功電流相乘的結(jié)果，如式（4-18）所示(4-18)通過式（4-17）和式（4-18）可推出式（4-19）。(4-19)有功、無功概念在傳統(tǒng)系統(tǒng)功率分析中定義為數(shù)學(xué)平均值或相量關(guān)系，而在系統(tǒng)分析時電壓信號和電流信號只能正弦規(guī)律地變化。不同應(yīng)用場合應(yīng)用不同的算法。在基于瞬時無功功率理論分析的電路理論當(dāng)中，功率的概念定義是以實時的量的處理來實現(xiàn)的。該算法不僅對正弦波形信號進(jìn)行處理，而且也適合于處理電力系統(tǒng)當(dāng)中的畸變波形以及過渡的過程。事實上瞬時無功功率是無功功率發(fā)展的結(jié)果與延伸，在實際處理的過程中有很多相似之處，當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)三相電壓、電流為正弦波時，設(shè)電壓和電流分別如式（4-20）和式（4-21）所示。(4-20)(4-21)把三相電壓與電流信號轉(zhuǎn)換至α-β坐標(biāo)系，如式（4-22）所示。三相電壓與電流信號經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后映射至α-β參考坐標(biāo)系，數(shù)學(xué)表達(dá)如式（4-22）所示。(4-22)由式（4-20）、式（4-21）和式（4-22）可推出式（4-23）(4-23)對于三相電壓信號及三相電流信號按照正弦變化情況，系統(tǒng)中的有功能量和無功能量保持不變，其產(chǎn)生的功率值也相當(dāng)于傳統(tǒng)方法中計算出的有功P和無功Q的值。所以可以判斷：該瞬間無功理論在適用范圍以內(nèi)包含了傳統(tǒng)無功能量原理的基本規(guī)則。4.2逆變器輸出無功功率控制現(xiàn)在應(yīng)用dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與上文中所述的常規(guī)功率計算方法來計算負(fù)載的無功功率，對于三相電網(wǎng)，負(fù)載的電壓和電流信號被轉(zhuǎn)為了dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的表達(dá)式，式為（4-24）。類似地推導(dǎo)結(jié)果為負(fù)載無功功率，如下式（4-25）所示。應(yīng)用（4-24）可得到電力網(wǎng)絡(luò)的電壓值和頻率角度的信息，可利用PLL實現(xiàn)對系統(tǒng)頻率的角度準(zhǔn)確計，但系統(tǒng)逆變器的費用會更高，控制策略較復(fù)雜。(4-24)式中，(4-25)解決無功功率較為簡單的一種解決方法便是p-q算法。其實算法在p-q算法基礎(chǔ)之上引用了代數(shù)的概念，還省略了鎖相環(huán)這一程序。由p-q還可以繼續(xù)展開推算，得到電力網(wǎng)絡(luò)電壓以及負(fù)荷電流從ABC三相坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至α-β參照坐標(biāo)系過程，圖4-1給出了轉(zhuǎn)換過程圖4-1ABC到α-β轉(zhuǎn)換過程ABC和α-β坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓與負(fù)載電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下式（4-26）和式（4-27）所示。(4-26)(4-27)由于矩陣M是正交矩陣所以M-1=MT?；趐-q理論框架，負(fù)載端接收的瞬時無功功率數(shù)值的計算如式（4-28）所示。(4-28)由變換矩陣M及式（4-26）、式（4-28）可知α-β坐標(biāo)系下各項運算的計算過程較為簡單。4.3系統(tǒng)仿真分析以廣西象州某風(fēng)電場為例進(jìn)行實驗分析，在Matlab/Simulink軟件中搭建風(fēng)電場仿真模型，風(fēng)電場模擬示意圖見圖4-2。這是一個9兆瓦的風(fēng)力發(fā)電場，用一個箱式變壓器把輸出的電壓提升到35千伏，然后再通過25千米的輸電線輸送出去；接上升壓變壓器，使其升壓到110千伏，然后接入大電網(wǎng)。為實現(xiàn)集中補償，在升壓變的低壓端設(shè)置了一套無功補償裝置。圖4-2風(fēng)電場仿真原理圖4.3.2風(fēng)電場仿真圖4-3和4-4所示為9MW風(fēng)電場和內(nèi)部MATLAB仿真模型圖4-39MW風(fēng)電場MATLAB仿真模型圖4-49MW風(fēng)電場MATLAB仿真模型針對風(fēng)電場的運行狀態(tài)開展了兩種場景下進(jìn)行的仿真：第一種場景是配置無功補償設(shè)備，第二種場景則是加裝了無功補償設(shè)備。仿真的主要目的是分析隨著風(fēng)速的動態(tài)變化對母線的無功功率和電壓穩(wěn)定性的波動情況。（1）風(fēng)電場中未加裝無功補償裝置(a)風(fēng)速模型(b)35kV母線電壓(c)35kV母線無功功率圖4-5風(fēng)電場未加裝補償裝置系統(tǒng)各電能質(zhì)量參數(shù)從圖4-4的（a）圖表中可以看到，三個風(fēng)力發(fā)電場的初始速度都是8m/s，風(fēng)速的變化情況如下：第一列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速在2s~5s之間從大小8m/s增加到11m/s；第二列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速在4s~7s之間從8m/s增加到11m/s；第三列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速在6s~9s之間從8m/s增加到11m/s；在系統(tǒng)中，無功與電壓均隨風(fēng)速的改變而出現(xiàn)波動。從圖（b）和圖（c）可以看出，如果不采用無功補償設(shè)備，由于風(fēng)電場中的線路和箱變而將無功吸收，從而使母線電壓降低0.92pu。這種顯著的電壓下降需要系統(tǒng)吸收大量的無功功率，以恢復(fù)并網(wǎng)點的電壓穩(wěn)定性。因此，為了恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定性，采取無功功率補償措施是必不可少的。（2）風(fēng)電場中加裝SVG在風(fēng)電場升壓變壓器低壓端增設(shè)靜止無功發(fā)生器（SVG），觀察35千伏母線的無功和電壓隨風(fēng)速的條件波動。同時記錄SVG裝置的輸出的無功輸出狀態(tài)。圖4-6為配置SVG裝置的風(fēng)電場仿真系統(tǒng)模型，圖4-7為SVG裝置的仿真模型，圖4-8為配置SVG風(fēng)電場電能質(zhì)量參數(shù)波形。圖4-6加裝SVG的風(fēng)電場仿真系統(tǒng)模型圖4-7SVG仿真模型(a)加入補償時的35kV母線電壓波形(b)加入補償時的35kV母線無功波形(c)SVG發(fā)出無功(d)SVG輸出的電壓圖4-8安裝SVG風(fēng)電場電能質(zhì)量參數(shù)波形圖由圖4-8（a）可知，在風(fēng)電場中應(yīng)用SVG無功補償裝置所帶來的積極效果。盡管在風(fēng)電場中的集電線路和箱式變壓器中仍然會吸收一部分無功功率，但是與未加裝無功補償裝置的情況相比，35kV母線的無功功率得到了SVG裝置的動態(tài)調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)使得35kV母線的電壓迅速穩(wěn)定，并且達(dá)到了0.98pu以上。隨著時間的推移，電壓值逐漸接近理想狀態(tài)，即接近1.0pu，這表明SVG無功補償裝置在提升電壓穩(wěn)定性方面發(fā)揮了顯著的作用。5結(jié)論在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，電壓穩(wěn)定性是確保電力系統(tǒng)安全可靠運行的關(guān)鍵問題。其中，無功功率補償被視為影響電壓穩(wěn)定性的核心因素。通過對風(fēng)電場內(nèi)無功功率的控制，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的效果。本文進(jìn)行了以下幾方面的研究工作：（1）對風(fēng)電場無功電壓特性進(jìn)行分析，包括風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)下的影響，以及風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場并網(wǎng)點和整體的無功特性。通過分析不同風(fēng)速下和故障情況下系統(tǒng)電壓的變化，確定了無功補償在維持電壓穩(wěn)定中的關(guān)鍵作用。（2）對動態(tài)無功補償裝置（SVG）展開研究。詳細(xì)闡述了SVG的無功補償原理、結(jié)構(gòu)與原理、控制策略。SVG基于先進(jìn)的IGBT和PWM技術(shù)，能夠精確地調(diào)控電路電流或電壓，實現(xiàn)高效的動態(tài)無功補償，其在諧波抑制和響應(yīng)速度方面表現(xiàn)出色。（3）對風(fēng)電并網(wǎng)無功補償技術(shù)進(jìn)行分析，包括瞬時無功功率理論的應(yīng)用，逆變器無功功率控制方法的研究?；谒矔r無功功率理論，能夠更準(zhǔn)確地計算和控制無功功率，尤其適用于非正弦信號和暫態(tài)過程。（4）通過對廣西象州9MW風(fēng)電場進(jìn)行建模和仿真分析，對比了加裝SVG前后系統(tǒng)電壓和無功功率的變化。從結(jié)果分析，未加裝SVG時，風(fēng)速變化會導(dǎo)致母線電壓大幅下降，在加裝SVG后，母線電壓能夠穩(wěn)定在34.3kV，進(jìn)一步驗證了SVG在風(fēng)電場無功補償和電壓穩(wěn)定方面的有效性。通過以上工作分析，本文為大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定性的提升提供了理論依據(jù)，有助于推動風(fēng)電等可再生能源在電力系統(tǒng)中的高效應(yīng)用。未來可以進(jìn)一步研究在更復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境和不同風(fēng)速模型下的無功補償優(yōu)化策