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摘 要 近年来，风能源已被广泛应用，然而风电场电力只有通过变电站送出才能发挥其作用。本文分析风电场接入系统方案的选择及升压变电站主要电气设备的选择及要求。
关键词 风电场；接入系统；升压站
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0110-01
随着全球温室气体排放量的增大，全球气候变暖，人类面临越来越多的气候灾害，世界各国都已经开始认识到发展清洁能源的重要性；而风力发电正是非常典型的清洁能源和可再生能源，在提供电力的同时几乎没有温室气体排放，因此利用风能源而发展风力发电是符合世界能源发展趋势，也是《中华人民共和国可再生能源法》所鼓励和支持的。
鉴于风速的多变性，风力发电机组出力也有较大的随机性，电网系统内还需配置一定的备用容量，以免因风力发电机组出力随机变化或停机解列对电网产生较大的影响。因此风电主要是满足电网的电量需求，只在发电量上对当地起到一定的补充作用。
结合地区电网现况和电网规划目标，对项目外送方案进行经济技术比较，推荐安全、可靠、经济、灵活和不削弱现有电网正常供电的接入系统方案。
以下以总容量约为99MW某风电场为例，进行具体分析。
1 风电场发展规划
某某风电项目远期规划建设总容量约为99MW风电场，本期工程建设规模为49.5MW，初步推荐安装33台单机容量为1500kW的风力发电机组，并配备建设33座35kV箱式变电站。同时场内配套建设一座110kV升压变电站，作为风电场风力发电机组群接入系统的专用联网工程。
风力发电机是双工异步发电机，其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源供给三相低频励磁电流。当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。
风速是随机变化的，当风速增大时，转子的机械转速随之升高至发电机超同步运行情况下，除定子向电网馈送电力外，转子也向电网馈送电力，使其恢复至同步转速，以保持输出频率恒定不变。当风速减小时，转子的机械转速随之降低至发电机次同步速运行情况下，则在定子向电网馈送电力的同时，需要向转子馈入部分电力，使其恢复至同步转速，以保持输出频率恒定不变。
2 风电场上网电量
该工程年理论发电量为11261.7万kW/h，年上网电量需要考虑空气密度修正、尾流影响、机组可利用率、叶片污染、线损及自用电、湍流强度等各种损失后，风电场年上网发电量为8216.54万kW/h，满发小时数为1659.91h ，容量系数为0.1895。
3 电力需求预测
根据近年来该地区经济发展及电网规划，预测该地区负荷及电量。
4 电力平衡
根据电力平衡确定风电场在不同季节可外送电力是否满足当地负荷增长的需求，其中风电场夏季高峰负荷后投产机组计入当年装机容量，不参加当年夏大平衡。考虑到冬季最小负荷一般出现在1、2月份，因此风电场参加冬小方式平衡时，利用容量根据上一年度装机容量计算。根据风电场运行的特点：出力主要集中在每年的10月至翌年的3月，夏大利用容量按容量的40%考虑，冬小按装机容量的80%考虑。
5 接入系统方案拟定
综合考虑风电场最终建设规模较小和本工程近区电网的现况及规划，本项目宜以110kV接入系统，为满足“N-1”要求，本设计考虑风电场110kV最终出线2回，本期一次建成。
为使风电场并网运行时对电网的影响降至最小，应该尽量满足下列合理的并网条件：
1）要求风电场离地区主网近，一般应小于20km。因为离主网近，易满足压降要求，同时谐波源对电网的影响相对较小。
2）由于风力发电出力有较大的随机性，电网应有足够的容量，以免在风电场并网出力随机变化或停机解列，对电网安全稳定运行影响较大，一般来说，风电场总容量不宜大于电网总容量的5%。
如果上述条件满足不了，应采取特殊措施使电能质量符合要求及满足电网稳定运行要求。
6 潮流分析
根据潮流图分析，选择能够满足N-1的情况下将风电场电力全部送出，线路较短，网损较小的方案；并应该能与电网建设结合紧密，电网供电可靠性较高，有利于电力外送。结合经济技能指标，选择合适的接入站点。
7 主要电气设备参数要求
风电场最终容量99MW，考虑三相双卷变压器，每台主要参数为：
容量：本期1×50MVA；远期2×50MVA；
抽头：121±2×2.5%/机端电压；
电压阻抗：10.5% 调压方式：无载调压。
变压器组别考虑为：YN、d11；出于系统保护及限制短路电流的考虑，要求变压器中性点直接接地运行，但必须满足调度运行中性点不接地的运行方式。
110kV升压站高低压母线采用单母线分段接线，考虑到风电场谐波源对近区用户的用电设备影响大，因此需采用消谐装置降低风电场引起的谐波对电网的影响。
从风电场在系统中的地位及出线规划考虑，风电场应有足够的无功补偿装置，不宜从系统吸收无功，额定功率因素要求110kV母线侧额定功率因素不小于0.9。
8 项目在系统中的作用与地位
風电场投产后，将作为电网的补充电源，它能满足当地工业生产和人民生活用电负荷迅速增长的需要，改善当地电源单一薄弱的现状，并具有一定的社会及经济效益，对减轻电网的供电压力及提高电网供电可靠性都有着重要的作用，并为地方小火电退役和电源结构的优化创造条件，符合经济可持续发展的发展战略。
鉴于风速的多变性，风力发电机组出力也有较大的随机性，电网系统内还需配置一定的备用容量，以免因风力发电机组出力随机变化或停机解列对电网产生较大的影响。从上述情况看来，风电主要是满足电网的电量需求，因此风电只在发电量上对当地起到一定的补充作用。
9 二次及通信设备的选择
风电场至110kV接入站双回线路两侧各配置一套光纤电流差动保护。不需设置单独的母线保护。配置110kV故障录波屏和一套保护故障信息管理系统。
风电场所有远动信息送至中调及地调，风电场有关电量送地调电能量遥测计费系统。对各系统主站进行相应的扩充外，电场内只需配置一套电能量采集装置和一套PC工作站。
沿风电场至接入站新建设的110kV线路架设两条24芯OPGW光缆。配置光传输及PCM设备、调度数据网接入设备，以满足调度电话及调度生产数据业务的接入要求。
参考文献
[1]王志敏.大理风电场接入对电网的影响分析[J].云南电力技术,2009,06.
[2]企业关注风电投资 成本收益成为焦点[J].广西电业,2004,Z1.
[3]吴国英.中小型风电场接入系统探讨[J].电工技术,2008,01.
关键词 风电场；接入系统；升压站
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0110-01
随着全球温室气体排放量的增大，全球气候变暖，人类面临越来越多的气候灾害，世界各国都已经开始认识到发展清洁能源的重要性；而风力发电正是非常典型的清洁能源和可再生能源，在提供电力的同时几乎没有温室气体排放，因此利用风能源而发展风力发电是符合世界能源发展趋势，也是《中华人民共和国可再生能源法》所鼓励和支持的。
鉴于风速的多变性，风力发电机组出力也有较大的随机性，电网系统内还需配置一定的备用容量，以免因风力发电机组出力随机变化或停机解列对电网产生较大的影响。因此风电主要是满足电网的电量需求，只在发电量上对当地起到一定的补充作用。
结合地区电网现况和电网规划目标，对项目外送方案进行经济技术比较，推荐安全、可靠、经济、灵活和不削弱现有电网正常供电的接入系统方案。
以下以总容量约为99MW某风电场为例，进行具体分析。
1 风电场发展规划
某某风电项目远期规划建设总容量约为99MW风电场，本期工程建设规模为49.5MW，初步推荐安装33台单机容量为1500kW的风力发电机组，并配备建设33座35kV箱式变电站。同时场内配套建设一座110kV升压变电站，作为风电场风力发电机组群接入系统的专用联网工程。
风力发电机是双工异步发电机，其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源供给三相低频励磁电流。当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。
风速是随机变化的，当风速增大时，转子的机械转速随之升高至发电机超同步运行情况下，除定子向电网馈送电力外，转子也向电网馈送电力，使其恢复至同步转速，以保持输出频率恒定不变。当风速减小时，转子的机械转速随之降低至发电机次同步速运行情况下，则在定子向电网馈送电力的同时，需要向转子馈入部分电力，使其恢复至同步转速，以保持输出频率恒定不变。
2 风电场上网电量
该工程年理论发电量为11261.7万kW/h，年上网电量需要考虑空气密度修正、尾流影响、机组可利用率、叶片污染、线损及自用电、湍流强度等各种损失后，风电场年上网发电量为8216.54万kW/h，满发小时数为1659.91h ，容量系数为0.1895。
3 电力需求预测
根据近年来该地区经济发展及电网规划，预测该地区负荷及电量。
4 电力平衡
根据电力平衡确定风电场在不同季节可外送电力是否满足当地负荷增长的需求，其中风电场夏季高峰负荷后投产机组计入当年装机容量，不参加当年夏大平衡。考虑到冬季最小负荷一般出现在1、2月份，因此风电场参加冬小方式平衡时，利用容量根据上一年度装机容量计算。根据风电场运行的特点：出力主要集中在每年的10月至翌年的3月，夏大利用容量按容量的40%考虑，冬小按装机容量的80%考虑。
5 接入系统方案拟定
综合考虑风电场最终建设规模较小和本工程近区电网的现况及规划，本项目宜以110kV接入系统，为满足“N-1”要求，本设计考虑风电场110kV最终出线2回，本期一次建成。
为使风电场并网运行时对电网的影响降至最小，应该尽量满足下列合理的并网条件：
1）要求风电场离地区主网近，一般应小于20km。因为离主网近，易满足压降要求，同时谐波源对电网的影响相对较小。
2）由于风力发电出力有较大的随机性，电网应有足够的容量，以免在风电场并网出力随机变化或停机解列，对电网安全稳定运行影响较大，一般来说，风电场总容量不宜大于电网总容量的5%。
如果上述条件满足不了，应采取特殊措施使电能质量符合要求及满足电网稳定运行要求。
6 潮流分析
根据潮流图分析，选择能够满足N-1的情况下将风电场电力全部送出，线路较短，网损较小的方案；并应该能与电网建设结合紧密，电网供电可靠性较高，有利于电力外送。结合经济技能指标，选择合适的接入站点。
7 主要电气设备参数要求
风电场最终容量99MW，考虑三相双卷变压器，每台主要参数为：
容量：本期1×50MVA；远期2×50MVA；
抽头：121±2×2.5%/机端电压；
电压阻抗：10.5% 调压方式：无载调压。
变压器组别考虑为：YN、d11；出于系统保护及限制短路电流的考虑，要求变压器中性点直接接地运行，但必须满足调度运行中性点不接地的运行方式。
110kV升压站高低压母线采用单母线分段接线，考虑到风电场谐波源对近区用户的用电设备影响大，因此需采用消谐装置降低风电场引起的谐波对电网的影响。
从风电场在系统中的地位及出线规划考虑，风电场应有足够的无功补偿装置，不宜从系统吸收无功，额定功率因素要求110kV母线侧额定功率因素不小于0.9。
8 项目在系统中的作用与地位
風电场投产后，将作为电网的补充电源，它能满足当地工业生产和人民生活用电负荷迅速增长的需要，改善当地电源单一薄弱的现状，并具有一定的社会及经济效益，对减轻电网的供电压力及提高电网供电可靠性都有着重要的作用，并为地方小火电退役和电源结构的优化创造条件，符合经济可持续发展的发展战略。
鉴于风速的多变性，风力发电机组出力也有较大的随机性，电网系统内还需配置一定的备用容量，以免因风力发电机组出力随机变化或停机解列对电网产生较大的影响。从上述情况看来，风电主要是满足电网的电量需求，因此风电只在发电量上对当地起到一定的补充作用。
9 二次及通信设备的选择
风电场至110kV接入站双回线路两侧各配置一套光纤电流差动保护。不需设置单独的母线保护。配置110kV故障录波屏和一套保护故障信息管理系统。
风电场所有远动信息送至中调及地调，风电场有关电量送地调电能量遥测计费系统。对各系统主站进行相应的扩充外，电场内只需配置一套电能量采集装置和一套PC工作站。
沿风电场至接入站新建设的110kV线路架设两条24芯OPGW光缆。配置光传输及PCM设备、调度数据网接入设备，以满足调度电话及调度生产数据业务的接入要求。
参考文献
[1]王志敏.大理风电场接入对电网的影响分析[J].云南电力技术,2009,06.
[2]企业关注风电投资 成本收益成为焦点[J].广西电业,2004,Z1.
[3]吴国英.中小型风电场接入系统探讨[J].电工技术,2008,01.