风电场无功补偿核算办法与容量装备的研讨

　　摘要：以辽宁省阜新已投运的华能阜北核算为实例，通过箱式变压器、集电线路、升压变压器和风电送出线路的无功核算得到的装备准则。把理论核算的无功补偿成果与实践运转中的风电场投运的无功状况进行比较，验证无功补偿的正确性，一起提出依据电网结构的特色考虑在体系侧补偿无功的主张，以辅导风电场并网工程中升压站内的无功装备。

　　关于风电场的无功补偿在许多规范中均有规则。《风电场接入电网技能规则Q/GDW392-2009》[1]5.2中规则：通过风电聚集升压站接入公共电网的风电场，其装备容性无功补偿容量能够补偿风电场满发时送出线路上的无功损耗;其装备理性无功补偿容量能够补偿风电场空载时送出线路上的充电功率。《电力体系无功补偿装备技能准则(Q/GDW212-2008)》[2]9.2中规则：风电场无功补偿设备容量总和不小于风电装机容量的30%～50%，风电场内会集无功补偿容量不低于风电场无功补偿设备容量的40%～60%，或经核算剖析得出。文献[3-4]对风电场的无功补偿做了理论上的讨论，但没应用到工程实践。尽管以上这些规则中对风电场的无功补偿做了一些准则性的规则，但在风电场的无功补偿详细核算方面一向没有做出清晰的规则。风电场的无功补偿容量缺乏，会从电网中吸收无功形成电压下降，一起因为功率因数问题，风电场也会遭到电网的罚款;风电场的无功补偿容量特别是动态无功补偿容量过大，会形成风电场的运转费用高或许设备长时间搁置，简单锈蚀老化。本文从风电场的无功损耗动身，以实例进行风电场的无功补偿详细核算，并详细剖析无功补偿容量的合理装备准则，与实践运转相比较，得出结论，以辅导风电场并网的无功装备。

　　①箱式变压器：箱式变压器将风机的电压由690V升压到10kV或35kV，一台风机对应一台箱式变压器，750kW的风机一般挑选800kVA的箱变。

　　②集电线路：风机的电力通过箱式变压器升压后通过集电线路将电力送至风电场升压站，一般一个50MW的风电场要通过3回以上的35kV线路将电力送至升压站主变压器的低压侧。

　　③升压变压器：风电场升压站内升压变压器将集电线路送来的电力升压后送出，66kV和110kV主变一般选用50MVA、100MVA，220kV主变一般选用100MVA、150MVA，330kV主变一般选用240MVA。

　　以华能阜新阜冬风电场为例进行无功损耗核算。阜新阜冬风电场总装机容量为300MW。风电场选用大连重工起重集团公司出产的单机容量1500kW风电机组，装机200台，风机功率调理选用变速、变桨办法，发电机类型选用双馈异步发电机。阜冬风电场建造两个220kV升压站，别离为中心升压站和东区升压站，两个升压站用一回11.5kmLGJ-300类型的220kV送电线kV送点线所示;风电场电气主接线所示。

　　式中：XT*为变压器电抗的标幺值;XT为变压器电抗的有名值;QT为变压器的无功损耗;Se为变压器额外容量;Sj为体系基准功率(MVA);Ue为额外电压;Uj为基准电压;P和Q别离为通过变压器的有功功率和无功功率;n为变压器并排运转的台数，本例中n为1。核算风机满发状况下箱式变压器的损耗，P=1500kW，Q=0kVar，Ue=Uj=35kV，Sj=100MVA，Se为1.6MVA，I0%=0.9，Uk%=4.5，通过核算风机满发时，单台箱式变压器的无功损耗为77.68kVar。

　　阜冬风电场总计200台1500kW的风力发电机组，200台箱式变压器的总无功损耗为15.536MVar。

　　2.2 35kV集电线MW的风电场来说，假如送电线kV集电线路能够准确核算每条集电线路的损耗，而关于一个百万或许千万基地的风电场，准确核算每条集电线路的无功损耗过于烦琐，这儿介绍无功损耗的预算办法。阜冬风电场共18回集电线MW，每回集电电路均匀长度为3.4km。

　　东区升压站内1台120MVA主变压器下连100.5MW的风电机组，中心升压站内1台100MVA主变压器下连99MW的风电机组，另一台100MVA主变压器下连99.5MW的风电机组。

　　升压变压器的无功损耗核算与箱式变压器的无功损耗核算相同，见公式(1)、(2)、(3)，其间升压变压器的空载电流I0%为0.19、变压器的短路电压Uk%为9。通过核算，在风电满发状况下3台主变压器的无功损耗总计约25.9MVar。

　　阜冬风电场的220kV中心升压站以一回220kV送电线kV变电站，线导线km。

　　风电送出线路的无功损耗核算见公式(4)。P=300MW，Q=0MVar，U=220kV，X=15.2，通过核算风电场送出线风电场的无功损耗

　　经以上核算，在风电场满发状况下箱式变压器、集电线路、升压变压器的无功损耗算计为47.7MVar，风电场送出线MVar。

　　在阜冬风电场并网规划时，按风机功率因数为1.0进行考虑，考虑补偿箱式变压器、集电线路、升压变压器的无功损耗以及送出线路无功损耗的一半，阜冬风电场安装了3组20MVar动态无功补偿设备。

　　3.1风电场并网产权的区分及现有无功补偿的观念依据《中华人民共和国可再生能源法》第二十一条规则：电网企业为收买可再生能源电量而付出的合理的接网费用以及其他合理的相关费用，能够计入电网企业输电本钱，并从出售电价中收回。所以风电场升压站送出线路出口一般做为电量计量点，电网企业一般要求风电场计量点处的功率因数为1.0，不能从体系中吸收无功。

　　依据现有规程规则的观念，风电场的无功补偿除了要补偿箱式变压器的损耗、集电线路的损耗、升压变压器的损耗外，还应该补偿风电送出线路无功损耗的悉数或许一半。箱式变压器的损耗、集电线路的损耗、升压变压器的损耗需求补偿无可争议，对送出线路的无功损耗是否需求补偿以及补偿容量怎么装备一向没有深化的研讨，本文结合风电场运转实践详细剖析。

　　式中：S、U别离为线路的功率损耗和电压降;R+jX为线别离为风电并网点的电压、有功和无功，其间有功功率方向为风电场侧流向体系侧。在公式(6)中，一般虚部可忽略不计，值得注意的是在实部中，若考虑风电场出口功率因数为1.0，则P2和Q2的方向相反，也正是因为方向相反，U比P2和Q2的方向相同的状况下要小，也便是说想要使风电场到并网点的压降最小，风电送出线路的有功和无功最好方向相反。一起，因为送电线路的电抗比电阻要大，只需从体系侧倒送很少一部分无功就能够确保体系的电压要求，上述阜冬风电场满发状况下，只需送出线路在风电场侧功率因数为1，体系侧只需倒送13.9MVar的无功就能够使线kV。咱们一向过于着重风电场内无功的补偿容量足够，一般忽视全体研讨无功和无功优化的问题，并不是说无功都在风电场侧会集补偿不可，要结合电网实践状况详细考虑，若一个变电站别离通过几条线路接入几个不同的风电场时，会使线路的压降U太大，这时候假如风电场的无功补偿越多则压降越大，形成风机过电压维护跳闸。铁岭昌图区域的风电场便是这样，昌图220kV变电站66kV侧接入的风电场已经有250MW，风电接入线条，在风电场大发办法下，就形成昌图变66kV侧电压很低，此刻假如投运风电场升压站的电容器，则风电场将会因过电压维护跳闸。

　　国内出产的风机的功率因数一般均可完成在-0.98～0.98之间调理，进行无功装备时应充分考虑使用风机宣布的无功。上述阜冬风电场若考虑能完成功率因数为0.98，则风电场自身宣布的无功可到达60MVar，则阜冬风电场升压站侧不必装备无功补偿设备。阜冬风电场于2009年1月投运，2011年4月前，实践运转中3组动态无功补偿设备未曾投运过，与理论剖析的成果共同。

　　阜冬风电场的并网点松涛变电站和体系电厂联络严密，短路水平比较高，无功补偿足够;相同是阜新区域彰武东部的风电场350MW，接入电网结尾彰武变电站，短路电流只要几千安，在实践运转中也未投运无功补偿设备。其实无功补偿要结合电网归纳考虑，尽管彰武区域的无功不那么足够，电网结构也比较单薄，可是风电接入后，削减了上端电网的电力运送，如公式(6)所示，因为有功的减小，形成上端电网线路上的压降削减，因而，电压相同满足要求。

　　风电场接入电力体系后，最忧虑的问题是在动态进程中吸收体系无功引起电压下降，对体系的安稳性构成威胁。文献[1]中第8条对风电机组的低电压穿越做了规则，但一向没有相关资料解说在低电压进程中风电场是个什么样的状况。不同风电场制作企业出产的风机特性是不同的，可是在低电压进程中的特性是类似的。风机宣布的电流包含有功电流和无功电流，其电流有个极限值，风电场的有功电流和无功电流和不能超过这个极限值。以金风科技的风机为例，若风机在满发状况，体系电压每下降1%，其无功电流添加2%，当电压降到50%，那么基本上风机不发有功，向体系注入的均为无功电流。体系电压安稳的判剧为：毛病铲除后，电网纽带变电站的母线.8p.u.时，满发的风电机组此刻风机的无功电流比正常办法下要上升40%，也便是说风电机组此刻的有功出力大大下降，向体系中注入大部分无功电流来支撑体系电压，因而，在电压下降的动态进程中，风电机组不会从体系中吸收无功。风电场升压站内不必为应对动态进程而添加无功补偿容量。

　　①无功补偿容量需求通过核算得出，不能按风电场份额进行装备，要优先考虑使用风机自身的无功。②风电场的无功损耗应核算箱式变压器、集电线路和升压站升压变压器的损耗，风电场升压站无功补偿容量应为箱式变压器、集电线路和升压站升压变压器的无功损耗减去风机自身可发的无功容量。

　　③风电送出线路的无功损耗是否需求补偿应详细状况详细剖析，需求依据核算得出，变电站通过多条线路接入多个风电场时，无功补偿应归纳考虑，最合理的补偿办法是在体系变电站侧补偿必定容量的无功。

　　④体系产生毛病电压下降时，风机的有功电流减小，无功电流添加，风电场升压站内不必为应对动态进程而储藏相应的无功。

　　[1]国家电网公司.风电场接入电网技能规则Q/GDW392-2009[S].北京：中国电力出版社，2010.[2]国家电网公司.电力体系无功补偿装备技能准则Q/GDW212-2008[S].北京：中国电力出版社，2008.

　　[3]何庆亚，杨海林.风电场无功补偿办法比较[J].电气技能，2009(8)：86-88.

　　[4]朱雪凌，张洋等.风电场无功补偿问题的研讨[J].电力体系维护与操控，2009，37(6)：68-72，76.

　　[5]纪雯等.电力体系规划手册[M].北京：中国电力出版社，1998：315;319.