關于風電場接入系統電網一次部分研究

杜曉鵬

摘? 要：隨著化石資源的持續開發，不可再生資源的保有儲量越來越少，終有枯竭的一天，因此需堅持可持續發展的原則，采取途徑減少不可再生資源消耗的比重。目前，國家已將新能源的開發提高到戰略高度，風能、太陽能、潮汐能等將是未來一段時間新能源發展的重點。在此背景下，該文對風電場接入系統電網進行分析，為后期風電場接入系統一次部分編寫提供參考。

關鍵詞：出力特性? 風電場? 新能源? 暫態分析

中圖分類號：G718.5 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（c）-0028-02

隨著化石資源（石油、煤炭）的持續開發，不可再生資源的保有儲量越來越少，終有枯竭的一天，因此需堅持可持續發展的原則，采取途徑減少不可再生資源消耗的比重。目前，國家已將新能源的開發提高到戰略高度，風能、太陽能、潮汐能等將是未來一段時間新能源發展的重點。從現有的開發技術和經濟性看，風能開發具有一定的優勢，隨著風電機組國產化進程的加快，風電機組的價格將進一步降低，風電的競爭力將大大增強。開發風電是降低化石資源消耗比重的重要措施，有利于改善能源結構，促進經濟的可持續發展。

1? 主要研究內容

電力系統一次部分設計工作主要是研究風電場項目接入系統方案，不包括場內電氣部分設計。

該報告主要內容包括風電場項目概況介紹、風電場所在地區電力系統規劃、周邊變電站情況分析、負荷特性分析、負荷發展預測、電力電量平衡情況計算及分析、項目接入系統方案擬定、相關電網安全穩定校核和風電場相關電氣設備選擇要求等。

2? 風電場接入電壓等級

根據目前實際操作情況，風電場接入電壓等級按以下內容選取，一般裝機容量小于10MW的陸地風場，接入10kV中壓電網;裝機容量大于10MW小于50MW的陸地風場，接入35kV或110kV高壓電網;裝機容量大于100MW的陸地風場一般接入110kV以上高壓電網。

3? 風電場及升壓站一次電氣部分

一般情況下，風電場每臺風機配套安裝1臺箱式變電站，箱變容量跟風電機組容量相匹配。風電機組和箱變采用“1機1變”的單元接線方式。風電場內架設集電線路，集電線路一般采用架空線敷設，集電線路接入風電場升壓站低壓側變電間隔，風電場升壓站配置1臺三相雙繞組升壓變壓器，采用有載調壓變壓器，升壓站高壓側一般為變壓器-線路單元接線方式，升壓站低壓側一般為單母線接線或單母分段接線。

4? 風電場升壓站無功補償

風電場升壓站配置無功補償要求，對于直接接入公共電網的風電場，其配置的容性無功容量能夠補償風電場滿發時場內匯集系統（包括匯集系統線路、風電機組和單元變壓器）、主變的感性無功及風電場送出線路的一半感性無功之和，其配置的感性無功容量能夠補償風電場自身的容性充電無功功率及風電場送出線路的一半充電無功功率。

風電場所發有功及無功均可在一定范圍內變化，風電場接入電網后出力的變化及不同功率因數的調節都會對接入電網的電壓產生一定的影響。同時接入電網運行電壓水平也將決定包括升壓站高壓側母線以及風電機組機端運行電壓水平。因此需要進行接入系統方案穩態分析計算，選擇較優的風電場并網方式。

5? 電源出力特性分析

5.1 光伏電廠出力特性分析

光伏電站出力受天氣影響較大，在每天早晚時間段及惡劣天氣情況下，光伏發電站無持續穩定出力;夏季炎熱，太陽光照充足，日照時間長，光伏電站發電量大;冬季寒冷，太陽光照弱，日照時間短，光伏電站發電量小。

光伏電站多為固定式安裝，光伏電站受光伏陣列效率、逆變器轉換效率、交流并網效率等多方面因素的影響，實際出力效率僅為光伏裝機總容量的80%左右。因此，對光伏電站出力特性，日間光伏電站出力系數0.8，夜間光伏電站按不出力考慮。

5.2 風電場出力特性分析

風電不同于常規火電或水電，風電場的運行受風速本身的間歇性和隨機性影響，整個風電場的出力變化也呈現出不確定性。雖然現代先進的風電發電技術可以控制風電機組的出力，但也是以風速限制為前提的。一般情況下，考慮同時系數;風電場所歸屬的行政區域約大，風電站越多，出力系數就越小;風電場所歸屬的行政區域越小，出力系數就越大。具體沒有一個統一的風電出力系數標準。分地區情況而定。

5.3 常規統調電廠出力特性分析

夏季日間大負荷，考慮常規統調電廠滿出力（扣除8%的廠用電），非供熱季節（秋季、春季）常規統調電廠出力系數按50%，采暖季節（冬季），供熱機組最小出力取50%以上，非供熱機組最小技術出力取50%。

6? 風電場接入變電站選擇

6.1 風電場近區變電站分析

分析風電場近區公用變電站情況，對近區變電站收資，第一，分析變電站內預留變電間隔、并網線路路徑、并網線路進站情況、電壓等級、變電站主變容量和臺數等;第二，對變電站的年負荷曲線、夏季大負荷日日負荷曲線、春季小負荷典型日日負荷曲線和冬季小負荷典型日日負荷曲線分析，確定變電站的負荷特性;收集變電站供電區內已投運、已審定和列入建設指標電源裝機，做電力電量平衡分析和消納分析;如果風電場所在區域電源多，發電量大，考慮對系統電網的薄弱環節進行斷面分析。通過這兩方面分析，初步選擇風電場接入系統方案。

6.2 接入系統初步方案比較

對風電場接入系統初步方案進行分析，確定推薦方案。分析內容：（1）經濟方面，費用比較;（2）技術方面，分析初步方案實現的難易程度;（3）風電場接入對電網影響方面比較;（4）并網線路電量損耗比較分析;（5）風電場短路時，對電網的影響，確定短路電流及容量，風電場所選電氣設備需滿足短路電流和容量的要求。

7? 推薦方案電氣量校核

風電場全部投運年為計算水平年;夏季大負荷方式，風電場所在區域各變電站計算負荷以分區域負荷預測為依據。故障方式：考慮線路三相永久接地故障和線路單相永久接地故障。三相永久接地故障包括并網線路故障和相鄰線路故障;線路單相永久接地故障為相鄰線路故障。通過軟件計算，分析各相關變電站母線電壓等電氣量和繼電保護的動作情況。

8? 風電場并網的相關要求

8.1 風電場并網有功功率系統

風電場應具有有功功率調節能力，能根據電網調度部門指令控制其有功功率輸出。為了實現對風電場有功功率的控制，風電場需安裝有功功率控制系統，接收并自動執行調度部門下達的有功功率及有功功率變化的控制指令，風電場有功功率及有功功率變化與電力系統調度機構下達的給定值一致。

8.2 風電場功率預測系統

風電場應配置風電功率預測系統，系統具有0～72h短期風電功率預測以及15min～4h超短期風電功率預測功能。風電場每15min自動向電網調度部門滾動上報未來15min～4h的風電場發電功率預測曲線，預測值的時間分辨率為15min。

8.3 風電場無功功率要求

風電場應具備協調控制機組和無功補償裝置的能力，能夠自動快速調整無功總功率。風電場的無功電源包括風電機組和風電場的無功補償裝置。首先充分利用風電機組的無功容量及其調節能力，僅靠風電機組的無功容量不能滿足系統電壓調節需要的，在風電場集中加裝無功補償裝置。

9? 結語

該文通過對風電場接入站點分析、周邊區域電源及用電情況分析、周邊電網發展規劃分析、送出線路導線截面積分析、推薦方案暫態分析、電源出力特性分析、風電場升壓站分析和風電場內部集電線路分析等，判斷出風電場最佳接入方案。

參考文獻

[1] 楊志越，牛華寧.風力發電接入電網中的電壓無功控制問題研究[J].電力設備管理，2018（5）：55-56.

[2] 沙鑫.風電場接入對電網電壓穩定性影響分析[D].山東大學，2017.

[3] 歐陽森，梁偉斌.大型風電場的電壓波動與閃變預評估建模研究[J].電氣應用，2017，36（13）：54.