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基于HVAC并网的海上风电场无功补偿配置方式研究摘要：为积极应对全球气候变化体现大国责任担当我国积极推动温室气体减排并制定了“3060”目标即力争在2030年达到碳排放峰值努力争取在2060年实现碳中和的目标。在此背景下海上风电成为沿海地区现阶段最具开发价值和开发潜力的可再生清洁能源。本文根据海上风电场的特点提出适用于现阶段海上风电场的无功补偿配置方案。针对目前几种主流的应用于风电场的无功补偿装置的原理及优缺点进行了对比分析对不同类型的补偿设备进行了对比分析提出了优化选型方案。关键字：海上风电；HVAC；无功补偿1海上风电场输电并网技术海上风电场并网技术主要分为高压交流(HighVoltageAlternatingCurrentHVAC)和高压直流输电(HighVoltageDirectCurrentHVDC)本文针对高压交流输电方式（HVAC）的特点和应用进行分析。海上风电场高压交流并网一般通过二级升压即发电机端电压690V通过箱变升压到35kV通过海底电缆汇集到海上或陆上的升压站经过主变压器升压到220kV后再通过高压主海缆或陆上架空线并入电网。目前国内海上风电场全部采用HVAC并网技术和设备比较成熟可靠运行经验丰富。在一定的容量和输送距离下交流输电的经济性很好。一般而言离岸距离10km以内、规模小于100MW的小型近海风场不设置海上升压变电站采用35kV中压海缆直接登陆后通过陆上升压变电站进行升压并网；海上风电场的装机容量150MW-500MW离岸距离超过10km需要设置海上升压变电站风机通过集电线路汇集至海上升压平台升压至220kV通过交流高压海缆登陆后接入电网。随着海上风电机组大型化发展单个风场开发规模不断增大HVAC并网存在下列技术瓶颈：1)HVAC并网需要风电场和电网严格保持同步而风机对并网点交流母线电压较为敏感。运行经验表明交流系统电压大幅波动是风机退网的主要原因之一。2)海缆长度超过一定数值后需要很大的感性无功补偿装置。例如英国LondonArray海上风电项目离岸近百公里在海缆中间进行无功补偿的成本非常高。2无功补偿配置方式研究2.1风电场无功补偿相关的标准2.1.1相关导则、标准规范的发展过程为了保证风电场并网运行的安全可靠我国制定了相关的技术标准规范。从较早的《电力系统安全运行导则》就提出电力系统无功补偿的原则是分层分区就地平衡。《电力系统电压和无功电力技术导则》规定了各电压等级线路允许的电压偏差等。随着国内风电发展国家制定了《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T19963-2016）和能源行业标准《大型风电场并网设计技术规范》它们共同规定了风电场并网相关的技术要求。《大型风电场并网设计技术规范》的要求偏向设计领域《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T19963-2016）则是通用技术要求以下对国标中的相关要求进行介绍。2.1.2国标对风电场无功补偿、电压控制的要求《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T19963-2016）要求风电场要充分利用风电机组的无功容量及其调节能力；当风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要时应在风电场集中加装适当容量的无功补偿装置必要时加装动态无功补偿装置。风电场的无功容量应按照分（电压）层和分（电）区基本平衡的原则进行配置。对于直接接入公共电网的风电场其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时场内汇集线路、主变压器的感性无功及风电场送出线路的一半感性无功之和其配置的感性无功容量能够补偿自身的容性充电无功功率和风电场送出线路的一半充电无功功率。2.2风电场无功补偿装置2.2.1并联电容器/电抗器1)风电场出力较低时如果母线电压高则投入对应容量的电抗器；2)随着风电场增加出力母线电压下降到下限附近时先退出电抗器；3)风电场出力继续增加母线电压再次下降到下限则投入对应容量的电容器。根据运行方式和主接线不同上述控制策略可能会有差异。但是根据出力变化分组投切电容器/电抗器来调节母线电压的控制原则是不变的。这种补偿方式投资较少技术成熟、维护方便运行功耗较低但是也存在明显缺点：1)采用SF6断路器进行投切操作复杂、可靠性较差；