风力发电机组电容器组的无功功率补偿

正如上面提到的，异步发电机消耗无功功率的同时产生有功功率。电气有功功率P（单位为kW）和无功功率Q（单位为kvar）表示为

式中 U_eff——线电压有效值；

I_eff——线电流；

cosϕ——功率因数。

对于理想的正弦波形，电压和电流有效值可以用最大电压和最大电流来表示，即

最大电压U_max和最大电流I_max分别定义为峰值线电压和峰值线电流。

发电机的无功功率是变化的，取决于风况条件。这意味着如果风速高，风力发电机组能够产生更多的有功功率，但是发电机要得到更多的无功功率。如果没有任何部件供给无功功率，发电机将直接从电网中取得所需无功功率。由电网供给的无功功率会导致额外的传输损耗，而且在某种情况下，会导致电网不稳定。为了避免这种情况，可在电网和发电机之间使用电容器组，如图9-4所示。发电机并入电网后，电容器组立即与风力发电机组连接。

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图9-4 耦合到风力发电机组上补偿无功功率的电容器组

电容器组的目的是就地提供无功功率，通过这种方式使得从电网中汲取的无功功率被减到最少。从而，也减少了从电网中抽取的电流，电网的损耗也就减少了。图9-5给出了异步发电机无功功率的消耗Q_Gen以及如何采用电容器组减少从电网吸收的无功功率Q_Grid。

有两种补偿方式：空载补偿和满载补偿。空载补偿只有当有功功率为零时才有效，而满载补偿是动态补偿，一定数量的电容器被持续地连接或断开，这取决于发电机变化的无功功率需求。

为了确保功率因数接近于1，电容器组的效果如下：

1）改进电压稳定性；

2）减少系统损耗。

图9-5 无功功率作为有功功率的函数（采用电容器组进行无功功率补偿）