本文講述了靜止型動態無功補償裝置在風電系統中的重要性，以及茂明風電場無功補償設備的結構、原理、功能、參數和特點，以及調試及運行狀況。
風電場無功補償裝置的選型
風力發電機在正常運行時，向電網輸送的電能是隨風力的大小而變化的，因此要求無功隨負荷的變化而變化的。這就要求無功補償裝置必須按照實際需要進行自動投切。
如果風力發電機在滿載時匹配固定補償電容器，在空載或輕載時，將出現過補償，發電效率下降，電網電壓升高，直接影響電氣設備安全運行及壽命；如果風力發電機在空載或輕載時匹配固定補償電容器，在滿載時達不到較為理想的無功補償要求，在風機停機解列時，同樣會導致電網電壓升高。
風電機組一般還配有大量的變壓器、架空集電線路，也會消耗大量的容性無功，因此，風電場有必要配置動態無功補償裝置，以調節風電場無功功率。
目前，動態無功補償裝置主要有TCR (晶閘管控制電抗器)型SVC、MCR (磁控電抗器)型SVC、電壓型無功自動補償成套裝置等類型，均能滿足風電運行需要，性能上TCR 型SVC 最優, 具有快速抑制(響應時間10ms) 電壓波動, 節約能源, 能平滑的控制無功負荷的允許波動, 負荷穩定, 目前國內應用較廣，基於MCR 的SVC目前應用還不廣泛, 其可靠性還需進一步調研。
電壓型無功自動補償成套裝置價格相對最低, 可靠性也能滿足要求, 抑制電壓波動的速度相對較慢，不能滿足風電場運行要求。其餘的幾種應用較少。
因此綜合考慮技術成熟程度及性能優勢，我風場選用了榮信電力電子有限公司生產TCR (晶閘管控制電抗器)型SVC 無功自動補償成套裝置, 以適應風電場變化快, 滿足電力系統穩定運行的需求。
茂明風場一期工程為4.95MW，送出線路為220kV,在風場內建設220kV升壓站，主變按遠期規劃容量為100MVA，根據電網要求及電力系統無功補償配置技術原則，220kV變電站的無功補償裝置容量應按主變容量的10%——25%配置。綜合考慮風場負荷（兩期為99MW），按茂明風場負荷20%配置無功補償容量計算，在主變35kV側布置一組動態無功補償，其容量為20 Mvar。
TCR型SVC的工作原理
TCR型 SVC20世紀80年代開始在我國投入使用。主要由控制櫃、可控矽閥組（TCR）、相控電抗器、電容器及濾波電抗器（FC）組成。工作原理為根據檢測將補償電容設計成濾波支路形式全部投入,控制器通過光纜傳輸信號控制晶閘管的導通角,從而控制電抗器電感無功輸出量抵消過補的電容無功，以達到補償目的。
TCR的基本結構是兩個反並聯的晶閘管和電抗器串聯，通過控制晶閘管的導通角，控制TCR的電流以達到控制其無功功率大小。
如圖一所示，電容器提供固定的容性無功Qc，控制系統根據負荷無功計算並通過晶閘閥組控制補償電抗器通過的電流調節補償電抗器輸出感性無功QTCR 的大小，使得電容器產生的容性無功和負荷及電抗器產生的感性無功相抵消，只要能做到系統無功Qn=QF(負荷無功)-Qc+QTCR=常數(或0)，則能實現電網功率因數=常數，電壓幾乎不波動。
其關鍵是通過晶閘管變流裝置和控制系統準確採集母線的無功電流值和電壓值，合成無功值，和所設定的恆無功值(可能是0)進行比較，計算得晶閘閥觸發角大小，通過晶閘管觸發裝置使晶閘管流過所需電流。
華能茂明風場TCR型SVC參數
茂明風場TCR有效補償容量為20Mvar；可實現無功在0-20MVar範圍內可調。
主要設備包括：TCR部分、FC部分、控制部分。
TCR內配備相控電抗器三臺，其三相有效補償容量為20MVar，額定工作電壓為35kV；晶閘管閥組一套（共180支），通過觸發櫃光電觸發，並配有阻容吸收回路、均壓迴路、換向過電壓保護和擊穿保護電路。
FC濾波部分分為 ：H3濾波成套裝置，容量為13920kVar；H5濾波成套裝置，容量為14280kVar；均由濾波電抗器、濾波電容器組成。 其電容器即是濾波迴路的組成部分也是容性無功的提供者。
控制系統由控制櫃、脈衝櫃和功率單元三部分組成，可以監視及控制主要設備，並對主要設備進行保護，並顯示各設備實時運行狀況，記錄各類故障報警。
該無功補償裝置的優點是反應迅速，能夠達到對晶閘管的同時觸發。對於不對稱負荷能夠分相調節，消除負序電流，平衡三相電網，節約能源，能夠平滑的控制無功負荷的允許波動，負荷穩定，可連續調整無功出力；在系統發生短路故障情況下，SVC的動態無功調節能力可以加快故障切除後風電場內部和接入點電壓的恢復過程；在風速變化情況下可以使風電場電壓的波動明顯降低，
FC濾波迴路還能夠有效地夠消除了自身及風機運行過程中產生的高頻諧波。
茂明風電場無功補償的控制策略
茂明風場無功補償採用恆功率因數方式，電壓電流取樣點為升壓站主變220kV側電壓、電流。控制採用開、閉環結合的控制方式。開環以滿足SVC控制器的響應時間，確保系統對電壓波動和閃變抑制的要求。閉環控制來調節被控TCR電流精度，以確保功率因數的穩定。可實現三相同時控制、分相控制和三相平衡化等多種控制方式。
正常運行時，電容器全部投入運行，TCR接入35kV母線，無功補償控制器接收到風場無功參數後，經過計算，可實現和功率因數運行，自動通過晶閘管調節無功補償的動態容量。
因風場無功補償控制器安裝在晶閘閥，為了更好的監控無功補償狀態，通過RS232接口接入南瑞自動化系統，能夠在主控室很好的監視到無功補償的運行狀態，及各項運行參數。
茂明風電場配置無功補償的必要性探討
華能內蒙古茂明風電場一期工程是華能新能源公司在內蒙古西部地區投產的第一個風電項目。
本工程總裝機容量為49.5MW，採用由東方汽輪機廠生產的FD70B型1500kW雙饋式異步風力發電機。從茂明風電場運行中看，風機能夠按照定功率因數運行，監測風機發出的電能質量也較好，滿足安全穩定的要求。
主要是因為，風機自身在設備配置上採取了無功補償及消諧措施，可以定功率因數運行，通過參數調整，還可以發出一定容量的容性無功，因此，在風機正常發電時，不投入無功補償，也能保證輸出的電能質量達到電網的要求。但這並不意味著配置無功補償裝置沒有必要。
風電場每颱風機均配備一臺35kV/690V的箱式變壓器，並且採用架空集電線路輸送至升壓站，大量的變壓器及線路會消耗大量的容性無功，因此，配備無功補償主要是補償變壓器及線路的無功損耗。
茂明風電場輸電線路接入內蒙望海變電站，該變電站接入了四家風力發電場，裝機總容量近350MW。由於配置風電容量較大，造成望海變電能質量較差，受風的影響較大，負荷調節能力較弱，因此當負荷變化較大時，或風電場突然切除，容易瞬時降低電網的電壓，從而導致出現電壓穩定問題。
當電網電壓波動較大時，風機出於自我保護，將切除負荷，造成電網電能質量更加惡劣，所以需要配置反映迅速的無功補償裝置，使其具有足夠的無功吞吐調節能力和動態支撐，有效提高電壓穩定裕度；在發生電網電壓波動時，能夠及時調節，以加強電場運行的穩定性。
調試中注意的問題
1 散熱問題
晶閘管閥組的發熱量很大，而閥組室因防塵等需要是封閉的，因此除了閥組單元本體配備的散熱器外，還要配備一主一備兩臺大功率空調。
閥組控制系統有溫度故障保護，當溫度大於正常運行溫度時，自動彈出「溫度保護」動作告警，當溫度降低後才可重新啟動SVC設備。因此，運行當中要加強對閥組室的巡檢，如發現溫度高，儘快做出散熱措施（開備用空調等），以防止因溫度過高造成SVC設備跳閘。
2 晶閘管擊穿故障
在調試過程中，晶閘管是整個系統中最容易出現故障的元件，曾多次發生晶閘管擊穿故障，當晶閘管擊穿數量少於整定值（茂明風場為3個）時報警，但SVC系統還可正常運行，當超過整定值時，SVC報故障並立即跳閘。檢查晶閘管兩端電阻值是否正常，如正常，檢查阻容吸收電路電阻阻值是否正常。
在本工程調試過程中，晶閘管實際擊穿的次數較多。 主要原因是電網電壓不穩定，而晶閘管的設計容量偏小（400A），後將所有晶閘管更換（700A）後問題得以解決。
無功補償裝置的運行情況
從我風場目前無功情況看，設備運行良好，多颱風機投入運行後，均能控制良好的無功輸出，具備良好的無功調節效果。當電網出現故障時能夠有效的消除電壓波動對風機的影響。
通過華能茂明風電一期的基建安裝、調試過程，以及SVC型靜態無功補償裝置的調試、試運，我們對風力發電系統無功補償的重要性有了更為深刻的認識，無功補償裝置的可靠運行及配置，對風電場安全、穩定、高效運行具有十分重要的作用。
（編自《電氣技術》，作者為潘樹軍、王劍彬 等。）