5萬kW風電場無功補償設計分析

馬潤芝

摘要：本文主要結合部分地區風電場實際運行情況就無功補償設計的一些要點作了分析和探討。

關鍵詞：風電場；無功補償；設計

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A

《可再生能源法》已經實施，風電場進入一個大規模建設階段。國家發改委風電特許權項目的實施，一批裝機容量在10萬kW以上的大型風電場將陸續建成。本文主要以新疆風電場應用為例,并結合當前新疆電網的實際運行情況，就5萬kW風電場無功補償設計的重點做一些探討。

1風電場無功補償設計分析

1.1風電場無功補償設計要求

根據GB/Z 19963-2005《風電場接入電力系統技術規定》，風電場無功容量的目的是保證風電場并網點的電壓水平和電壓質量。風電場無功功率的調節范圍和響應速度，需要根據風力發電機組運行特性、電網結構和特點決定，應滿足風電場并網點電壓調節的要求。

2風電場的無功補償方式對比

表1 風電場無功無功補償方式及技術特點

線性調節

無功電源

有載調壓無功調節裝置，通過改變固定電容器兩端電壓調節電容出力。根據Q=2πfCU2原理通過改變電容器端電壓來調節無功輸出,電容器固定接入不分組，而其輸出容量可從（100～25）%分九級輸出。靜止無功發生器（SVG）原理是直接電流控制，等效為一受控的電流源。既可以發容性無功，又可以發感性無功。下表2是對聯幾種常見無功補償技術的比較。

表2無功補償技術比較

3無功補償容量計算

《風電場接入電網技術規定》對于直接接入公共電網的風電場，其配置的容性無功容量除能夠補償并網點以下風電場匯集系統及主變壓器的感性無功損耗外，還要能夠補償風電場滿發時送出線路一半的感性無功損耗；其風電場配置的感性無功容量能夠補償風電場送出線路一半的充電無功功率。目前新疆電網110kV升壓站多采用2臺50MVA主變，因此，本報告以2臺50MVA主變為例進行無功補償的計算。

風電場升壓站110／35kV雙卷主變2臺，每臺50MVA：電壓比為115±8×1.25%／36.5kV；短路阻抗：10.5%，i0%＝0.70%； 33臺箱變，每臺1.6MVA：電壓比為36.5±2×2.5%／0.69kV；短路阻抗：6.5%，i0%＝0.35%； 35kV線路LGJ-240， R0＝0.132Ω，X0＝0.36Ω；110kV線路LGJ-240， R0＝0.132Ω，X0＝0.388Ω，輸送功率PL＋jQL＝98＋j0；雙卷主變每臺：P1＋jQ1＝49.5＋j0。

計算如下：

（1）變壓器無功損耗

△Q0＝i0%·SE／100＝0.007×50＝0.35Mvar

△Q銅＝（S／Se）2×（Ud1%·Se／100）＝（49.5÷50）2×（0.105

×50）＝5.15Mvar

△QB＝5.15＋0.35＝5.50Mvar

（2）箱變

△Q0＝i0%·SE／100＝0.0035×1.6＝0.0056Mvar

△Q銅＝（S／Se）2×（Ud1%·Se／100）＝（1.5÷1.6）2×0.065×1.6＝0.0914 Mvar

小計：△Q＝0.0914＋0.0056＝0.097Mvar

33臺共0.097×33＝3.201Mvar

（3）集電線路無功損耗

假設通過集電線路的功率COSφ=1，每期49.5MW，共3回，每回集電線路帶11臺風機，無功損耗計算如下：

△Q＝∑(P2i＋Q2i)i＝n-2／U2·X行＋(P2L2＋Q2L2)／U2·XL＝[（1.52＋32＋4.52＋62＋7.52＋92＋10.52＋122＋13.52＋152）÷36.52×0.35＋16.52÷36.52×1]×0.36＝0.082＋0.073＝0.155Mvar

△Q集＝3×△Q =3×0.155＝0.465Mvar

（4）110kV線路無功損耗

導線LGJ-240，長10km

輸送功率99MW，分攤到每期49.5MW風場：

△Q110＝(P2＋Q2)／1102×XL＝(992＋02)／1152×10×0.388/2＝1.44Mvar

按線路50%長度計無功損耗為：0.72Mvar；

按線路50%長度計充電功率為：0.034×10/2＝0.17Mvar

計算線路無功損耗：0.72－0.17＝0.55Mvar

單回110kV線路不同輸電線路長度無功損耗如下表3所示。

表3單回110kV線路不同輸電線路長度無功損耗

（5）單臺50MVA主變容性無功補償容量

表4不同送出線路長度下單臺50MVA主變容性補償容量

新疆風能資源豐富的地區多位于電網末端，電網結構較為薄弱，缺乏大型火電、水電裝機，風電大出力的情況下電網電壓偏低；風電小出力的情況下電網電壓偏高，特別是三塘湖地區風電已有風機因為電網電壓偏高而脫網的情況?？紤]到上述情況并結合當前已投運風電場無功補償設備形式，推薦風電場采用SVG型動態無功補償設備。

結合表“不同送出線路長度下單臺50MVA主變容性補償容量”本報告推薦風電場送出線路長度小于30km，采用（-12～+12）Mvar的SVG，送出線路大于30km并小于等于60km，采用（-14～+14）Mvar的SVG。

參考文獻：

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