關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)電網(wǎng)一次部分研究

杜曉鵬

摘? 要：隨著化石資源的持續(xù)開(kāi)發(fā)，不可再生資源的保有儲(chǔ)量越來(lái)越少，終有枯竭的一天，因此需堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則，采取途徑減少不可再生資源消耗的比重。目前，國(guó)家已將新能源的開(kāi)發(fā)提高到戰(zhàn)略高度，風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等將是未來(lái)一段時(shí)間新能源發(fā)展的重點(diǎn)。在此背景下，該文對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行分析，為后期風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)一次部分編寫(xiě)提供參考。

關(guān)鍵詞：出力特性? 風(fēng)電場(chǎng)? 新能源? 暫態(tài)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G718.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（c）-0028-02

隨著化石資源（石油、煤炭）的持續(xù)開(kāi)發(fā)，不可再生資源的保有儲(chǔ)量越來(lái)越少，終有枯竭的一天，因此需堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則，采取途徑減少不可再生資源消耗的比重。目前，國(guó)家已將新能源的開(kāi)發(fā)提高到戰(zhàn)略高度，風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等將是未來(lái)一段時(shí)間新能源發(fā)展的重點(diǎn)。從現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性看，風(fēng)能開(kāi)發(fā)具有一定的優(yōu)勢(shì)，隨著風(fēng)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加快，風(fēng)電機(jī)組的價(jià)格將進(jìn)一步降低，風(fēng)電的競(jìng)爭(zhēng)力將大大增強(qiáng)。開(kāi)發(fā)風(fēng)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(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1? 主要研究?jī)?nèi)容

電力系統(tǒng)一次部分設(shè)計(jì)工作主要是研究風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案，不包括場(chǎng)內(nèi)電氣部分設(shè)計(jì)。

該報(bào)告主要內(nèi)容包括風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目概況介紹、風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)電力系統(tǒng)規(guī)劃、周邊變電站情況分析、負(fù)荷特性分析、負(fù)荷發(fā)展預(yù)測(cè)、電力電量平衡情況計(jì)算及分析、項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案擬定、相關(guān)電網(wǎng)安全穩(wěn)定校核和風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)電氣設(shè)備選擇要求等。

2? 風(fēng)電場(chǎng)接入電壓等級(jí)

根據(jù)目前實(shí)際操作情況，風(fēng)電場(chǎng)接入電壓等級(jí)按以下內(nèi)容選取，一般裝機(jī)容量小于10MW的陸地風(fēng)場(chǎng)，接入10kV中壓電網(wǎng);裝機(jī)容量大于10MW小于50MW的陸地風(fēng)場(chǎng)，接入35kV或110kV高壓電網(wǎng);裝機(jī)容量大于100MW的陸地風(fēng)場(chǎng)一般接入110kV以上高壓電網(wǎng)。

3? 風(fēng)電場(chǎng)及升壓站一次電氣部分

一般情況下，風(fēng)電場(chǎng)每臺(tái)風(fēng)機(jī)配套安裝1臺(tái)箱式變電站，箱變?nèi)萘扛L(fēng)電機(jī)組容量相匹配。風(fēng)電機(jī)組和箱變采用“1機(jī)1變”的單元接線(xiàn)方式。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)架設(shè)集電線(xiàn)路，集電線(xiàn)路一般采用架空線(xiàn)敷設(shè)，集電線(xiàn)路接入風(fēng)電場(chǎng)升壓站低壓側(cè)變電間隔，風(fēng)電場(chǎng)升壓站配置1臺(tái)三相雙繞組升壓變壓器，采用有載調(diào)壓變壓器，升壓站高壓側(cè)一般為變壓器-線(xiàn)路單元接線(xiàn)方式，升壓站低壓側(cè)一般為單母線(xiàn)接線(xiàn)或單母分段接線(xiàn)。

4? 風(fēng)電場(chǎng)升壓站無(wú)功補(bǔ)償

風(fēng)電場(chǎng)升壓站配置無(wú)功補(bǔ)償要求，對(duì)于直接接入公共電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，其配置的容性無(wú)功容量能夠補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)滿(mǎn)發(fā)時(shí)場(chǎng)內(nèi)匯集系統(tǒng)（包括匯集系統(tǒng)線(xiàn)路、風(fēng)電機(jī)組和單元變壓器）、主變的感性無(wú)功及風(fēng)電場(chǎng)送出線(xiàn)路的一半感性無(wú)功之和，其配置的感性無(wú)功容量能夠補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)自身的容性充電無(wú)功功率及風(fēng)電場(chǎng)送出線(xiàn)路的一半充電無(wú)功功率。

風(fēng)電場(chǎng)所發(fā)有功及無(wú)功均可在一定范圍內(nèi)變化，風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)后出力的變化及不同功率因數(shù)的調(diào)節(jié)都會(huì)對(duì)接入電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)接入電網(wǎng)運(yùn)行電壓水平也將決定包括升壓站高壓側(cè)母線(xiàn)以及風(fēng)電機(jī)組機(jī)端運(yùn)行電壓水平。因此需要進(jìn)行接入系統(tǒng)方案穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算，選擇較優(yōu)的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)方式。

5? 電源出力特性分析

5.1 光伏電廠(chǎng)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(shí)間段及惡劣天氣情況下，光伏發(fā)電站無(wú)持續(xù)穩(wěn)定出力;夏季炎熱，太陽(yáng)光照充足，日照時(shí)間長(zhǎng)，光伏電站發(fā)電量大;冬季寒冷，太陽(yáng)光照弱，日照時(shí)間短，光伏電站發(fā)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(zhuǎn)換效率、交流并網(wǎng)效率等多方面因素的影響，實(shí)際出力效率僅為光伏裝機(jī)總?cè)萘康?0%左右。因此，對(duì)光伏電站出力特性，日間光伏電站出力系數(shù)0.8，夜間光伏電站按不出力考慮。

5.2 風(fēng)電場(chǎng)出力特性分析

風(fēng)電不同于常規(guī)火電或水電，風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行受風(fēng)速本身的間歇性和隨機(jī)性影響，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力變化也呈現(xiàn)出不確定性。雖然現(xiàn)代先進(jìn)的風(fēng)電發(fā)電技術(shù)可以控制風(fēng)電機(jī)組的出力，但也是以風(fēng)速限制為前提的。一般情況下，考慮同時(shí)系數(shù);風(fēng)電場(chǎng)所歸屬的行政區(qū)域約大，風(fēng)電站越多，出力系數(shù)就越小;風(fēng)電場(chǎng)所歸屬的行政區(qū)域越小，出力系數(shù)就越大。具體沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的風(fēng)電出力系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。分地區(qū)情況而定。

5.3 常規(guī)統(tǒng)調(diào)電廠(chǎng)出力特性分析

夏季日間大負(fù)荷，考慮常規(guī)統(tǒng)調(diào)電廠(chǎng)滿(mǎn)出力（扣除8%的廠(chǎng)用電），非供熱季節(jié)（秋季、春季）常規(guī)統(tǒng)調(diào)電廠(chǎng)出力系數(shù)按50%，采暖季節(jié)（冬季），供熱機(jī)組最小出力取50%以上，非供熱機(jī)組最小技術(shù)出力取50%。

6? 風(fēng)電場(chǎng)接入變電站選擇

6.1 風(fēng)電場(chǎng)近區(qū)變電站分析

分析風(fēng)電場(chǎng)近區(qū)公用變電站情況，對(duì)近區(qū)變電站收資，第一，分析變電站內(nèi)預(yù)留變電間隔、并網(wǎng)線(xiàn)路路徑、并網(wǎng)線(xiàn)路進(jìn)站情況、電壓等級(jí)、變電站主變?nèi)萘亢团_(tái)數(shù)等;第二，對(duì)變電站的年負(fù)荷曲線(xiàn)、夏季大負(fù)荷日日負(fù)荷曲線(xiàn)、春季小負(fù)荷典型日日負(fù)荷曲線(xiàn)和冬季小負(fù)荷典型日日負(fù)荷曲線(xiàn)分析，確定變電站的負(fù)荷特性;收集變電站供電區(qū)內(nèi)已投運(yùn)、已審定和列入建設(shè)指標(biāo)電源裝機(jī)，做電力電量平衡分析和消納分析;如果風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域電源多，發(fā)電量大，考慮對(duì)系統(tǒng)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行斷面分析。通過(guò)這兩方面分析，初步選擇風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)方案。

6.2 接入系統(tǒng)初步方案比較

對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)初步方案進(jìn)行分析，確定推薦方案。分析內(nèi)容：（1）經(jīng)濟(jì)方面，費(fèi)用比較;（2）技術(shù)方面，分析初步方案實(shí)現(xiàn)的難易程度;（3）風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)電網(wǎng)影響方面比較;（4）并網(wǎng)線(xiàn)路電量損耗比較分析;（5）風(fēng)電場(chǎng)短路時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的影響，確定短路電流及容量，風(fēng)電場(chǎng)所選電氣設(shè)備需滿(mǎn)足短路電流和容量的要求。

7? 推薦方案電氣量校核

風(fēng)電場(chǎng)全部投運(yùn)年為計(jì)算水平年;夏季大負(fù)荷方式，風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域各變電站計(jì)算負(fù)荷以分區(qū)域負(fù)荷預(yù)測(cè)為依據(jù)。故障方式：考慮線(xiàn)路三相永久接地故障和線(xiàn)路單相永久接地故障。三相永久接地故障包括并網(wǎng)線(xiàn)路故障和相鄰線(xiàn)路故障;線(xiàn)路單相永久接地故障為相鄰線(xiàn)路故障。通過(guò)軟件計(jì)算，分析各相關(guān)變電站母線(xiàn)電壓等電氣量和繼電保護(hù)的動(dòng)作情況。

8? 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的相關(guān)要求

8.1 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)有功功率系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具有有功功率調(diào)節(jié)能力，能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)指令控制其有功功率輸出。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率的控制，風(fēng)電場(chǎng)需安裝有功功率控制系統(tǒng)，接收并自動(dòng)執(zhí)行調(diào)度部門(mén)下達(dá)的有功功率及有功功率變化的控制指令，風(fēng)電場(chǎng)有功功率及有功功率變化與電力系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)的給定值一致。

8.2 風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)配置風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)具有0～72h短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)以及15min～4h超短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)功能。風(fēng)電場(chǎng)每15min自動(dòng)向電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)滾動(dòng)上報(bào)未來(lái)15min～4h的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電功率預(yù)測(cè)曲線(xiàn)，預(yù)測(cè)值的時(shí)間分辨率為15min。

8.3 風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率要求

風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具備協(xié)調(diào)控制機(jī)組和無(wú)功補(bǔ)償裝置的能力，能夠自動(dòng)快速調(diào)整無(wú)功總功率。風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功電源包括風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。首先充分利用風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量及其調(diào)節(jié)能力，僅靠風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量不能滿(mǎn)足系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要的，在風(fēng)電場(chǎng)集中加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置。

9? 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入站點(diǎn)分析、周邊區(qū)域電源及用電情況分析、周邊電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃分析、送出線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)截面積分析、推薦方案暫態(tài)分析、電源出力特性分析、風(fēng)電場(chǎng)升壓站分析和風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部集電線(xiàn)路分析等，判斷出風(fēng)電場(chǎng)最佳接入方案。

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