如何解决风电场风机三相电流不平衡问题
不平衡的电网电压会影响接入设备的正常工作。而像片区的风力发电机场，电网电压不平衡情况下，会造成运行中的电机系统过流，不对称运行等，严重情况下要求停机，而非计划的停机不仅可能带来设备的损坏，还会产生大量的抢修、检修费用，影响生产和加工进度，造成巨大损失。另外电机的设备故障可能反过来对电网造成冲击，废品的产生、设备跳闸、生产线停滞运行、电网冲击等等，对资产损失和区域经济造成严重影响。
三相电压不对称时，可利用对称分量法将电压分解成正序、负序和零序分量。当定子绕组为三角形接法时，零序电压对异步发电机运行一般影响不大；但负序电压将会使异步发电机的转矩减小，损耗增大，温升上升，影响发电机的寿命，严重地影响了风电机组的寿命，特别是负序分量引起的附加转矩会导致机组振动异常，对齿轮型、主轴、轴承等造成疲劳损耗，影响其寿命。所以对风电机组三相电源的电压不平衡度必须有一定限制。
表1 电压不平衡率对异步发电机电流不平衡率的影响
不对称电压将造成三相电流不对称，其电流不平衡率为电压不平衡率的7～10倍（见上表）。 据统计，3.5%的不平衡电压使异步发电机的损耗增加约20%。因此，根据标准规定，异步发电机电源电压的负序分量不应超过正序分量的1%；异步发电机任意一相的电流与三相电流平均值之差不应超过平均值的10%。
风机三相电流不平衡的主要原因就是并网节点三相电压不平衡引起的。解决风机三相电流不平衡的思路只能从风电场内部入手，这样就存在两种解决方式：一是站内35kV集中电压补偿；二是在箱变低压侧690V分布式补偿。无论是35kV集中电压补偿还是箱变低压侧补偿，目前有两种比较经济的方案可以选择：SVC和SVG无功补偿方案。
SVC无功补偿方案：
无论是35kV高压侧或箱变低压侧690V无功补偿采用SVC结构，其基本原理是一样的，都是直接采用晶闸管和电感、电容的组合结构，通过控制电感和电容的接入大小来实现容性无功和感性无功的补偿。
图1 无功补偿装置SVC主电路拓扑
如图1所示的主电路拓扑，三相电压均进行实施检测，例如当A相电压高于三相电压的平均值，且电机运行在发电状态时，控制A相电容支路的晶闸管开通角度，电容支路提供无功支撑，A相电网支路的容性无功电流分量增加，电网等效电抗压降增大，使得PCC节点电压降低，直至达到三相平均值。
SVC补偿方案成本较低，无论是高压侧还是低压侧补偿方案整体成本大概在400-600万左右，只需要晶闸管和电感电容构成支路即可，结构简单，只需根据不平衡电压大小进行分相的晶闸管导通角控制。SVC补偿方案是依赖于电网的等效阻抗进行补偿，适应性低。(https://www.dgzj.com/ 电工之家)另外导通角控制方式会给电网带来较大的低次谐波污染，这在输电上网过程中是不允许的。另外SVC补偿方案从理论上是可行的，但是采用高压不平衡电压补偿方式时还需要得到当地电网公司的批准，另外实际运行效果还需要现场运行验证，实际利用来补偿不平衡电压部分的容量利用有限，同时还要防止存在无功过补所带来的电网不稳定风险。
低压SVG补偿方案：
图2 低压侧SVG主电路拓扑
低压侧SVG方案是将三相逆变器结构通过LC滤波电路与电网连接，首先检测低压侧电网电压，把电机端不平衡电压分解为正序和负序分量，然后通过SVG把电机端的负序电压控制为0，即通过SVG补偿的无功电流在站内箱变变压器漏抗上的压降不一样把箱变低压侧电机端的电压补偿平衡。
SVG补偿方案补偿的电流为无功电流，不吸收电网的有功功率，效率高，都能够对电网电压进行线性补偿。但从经济成本上看，低压侧SVG补偿方案要比高压侧SVC补偿方案成本要低，而且安装不占额外空间，可以直接放入塔筒内，维护方便。
根据以上分析，低压侧SVG方案来解决风电场风机的三相电流不平衡问题是一种非常好的选择。
作者：黄晓辉
