風(fēng)電場(chǎng)變壓器配置方案優(yōu)化研究

康　慨，盧　勝

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，武漢　430040)

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風(fēng)電場(chǎng)變壓器配置方案優(yōu)化研究

康慨，盧勝

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，武漢430040)

摘要：風(fēng)能隨機(jī)性和間歇性的特性決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力的時(shí)變性，也決定了風(fēng)電場(chǎng)變壓器配置的復(fù)雜性。建立了風(fēng)電場(chǎng)變壓器的經(jīng)濟(jì)性配置模型，并通過(guò)建立的基于熱傳遞微分方程的變壓器溫升模型、基于熱改性絕緣紙的老化率動(dòng)態(tài)的壽命損失模型，利用風(fēng)資源評(píng)估軟件WT和Matlab軟件給出了風(fēng)電場(chǎng)變壓器優(yōu)化配置方案。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)；變壓器；風(fēng)資源評(píng)估

風(fēng)能是取之不盡、用之不竭、潔凈無(wú)污染的可再生能源，可再生能源包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等，風(fēng)力發(fā)電是可再生能源領(lǐng)域中除水能外技術(shù)最成熟、最具開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一[1]。風(fēng)電場(chǎng)變壓器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中重要的輸變電設(shè)備，其作用是為了減少電能在輸電線路上的損耗，將風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能升壓后接入電網(wǎng)。

目前風(fēng)電場(chǎng)變壓器的容量一般是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)選定之后，綜合考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定容量、風(fēng)能資源變化以及變壓器過(guò)載等因素后進(jìn)行選取，一般選取變壓器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定容量比接近1∶1。但風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電能隨時(shí)間的隨機(jī)性，也決定了風(fēng)電場(chǎng)變壓器具有具有空載時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)載時(shí)間短及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高的特點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的大部分時(shí)間里，變壓器都是低于滿負(fù)載運(yùn)行，絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)變壓器全年的平均負(fù)載率不到30%。文獻(xiàn)[2]指出變壓器熱點(diǎn)溫度只要比額定值低6℃，其額定壽命損失就會(huì)減半，變壓器絕緣的實(shí)際壽命時(shí)間就會(huì)成倍增加。若按現(xiàn)有原則進(jìn)行選取，會(huì)造成變壓器容量的浪費(fèi)，同時(shí)，也會(huì)增加不必要的制造成本；若容量選擇過(guò)小，也存在變壓器功率損耗增大的問(wèn)題。

針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力的間歇性和變壓器容量選取的不經(jīng)濟(jì)性，有必要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)變壓器優(yōu)化配置問(wèn)題進(jìn)行深入研究。文獻(xiàn)[3]指出變壓器繞組和溫升是研究變壓器容量選取的重要依據(jù)。文獻(xiàn)[4]指出負(fù)荷過(guò)程是開(kāi)展變壓器溫升和壽命損失分析的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[5]]對(duì)變壓器建立模型并計(jì)算了變壓器油的溫升，但對(duì)繞組熱點(diǎn)溫升考慮較少。文獻(xiàn)[6-7]針對(duì)變壓器特殊的結(jié)構(gòu)和電氣特性，建立了熱路溫升模型，但將時(shí)變性的負(fù)荷按照階梯性負(fù)荷等效分析存在一定的誤差。文獻(xiàn)[8]基于典型負(fù)荷曲線法計(jì)算了變壓器溫升和壽命損失，但以指數(shù)形式表示的變壓器發(fā)熱方程難以準(zhǔn)確描述實(shí)際物理過(guò)程?？偟膩?lái)看，對(duì)風(fēng)場(chǎng)用變壓器溫升和壽命的計(jì)算目前研究很少，且對(duì)風(fēng)電場(chǎng)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)綜合效能未做研究。

本文根據(jù)風(fēng)機(jī)特性參數(shù)、場(chǎng)區(qū)地形地貌資料和測(cè)風(fēng)塔的測(cè)風(fēng)資料(含溫度)，運(yùn)用風(fēng)資源評(píng)估軟件Meteodyn WT計(jì)算每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的2 min功率時(shí)間序列數(shù)據(jù)，采用熱傳遞微分方程和熱改性絕緣紙的老化率動(dòng)態(tài)評(píng)估方法建立風(fēng)電場(chǎng)變壓器溫升和壽命損失模型，并結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)變壓器經(jīng)濟(jì)性配置模型，運(yùn)用Matlab軟件計(jì)算出了風(fēng)電場(chǎng)變壓器經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化配置方案，從而提高了風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

1風(fēng)電場(chǎng)變壓器經(jīng)濟(jì)性配置模型

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能隨機(jī)性和間歇性的特性決定了風(fēng)電場(chǎng)變壓器負(fù)載率低的特點(diǎn)，也同時(shí)造成了目前風(fēng)電場(chǎng)變壓器選型的不經(jīng)濟(jì)性。為了提高整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，需對(duì)風(fēng)電場(chǎng)變壓器容量經(jīng)濟(jì)性配置方案進(jìn)行深入研究。本文在進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)變壓器容量經(jīng)濟(jì)性配置方案研究時(shí)著重從風(fēng)電場(chǎng)變壓器整個(gè)壽命期容量及損耗水平進(jìn)行綜合分析，按照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行來(lái)選取最佳的變壓器配置方案[9-10]。風(fēng)電場(chǎng)變壓器綜合效能可表示為。

圖1　風(fēng)電場(chǎng)電能流圖

(1)

式中C——變壓器綜合效能費(fèi)用；CI——變壓器初始成本；α——變壓器維修率(一般取3%)；kpv——貼現(xiàn)值為i的連續(xù)20年費(fèi)用現(xiàn)值系數(shù)kpv=(1-[1/(1+i)]20)/i；Ees——電費(fèi)價(jià)格(元/kWh)；Hpy——變壓器年帶電小時(shí)；β——年平均負(fù)載系數(shù)；τ——年負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)；KQ——無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量；P0、Q0——變壓器空載有功無(wú)功損耗；ΔPk、ΔQk——變壓器負(fù)載時(shí)有功無(wú)功損耗；kc——單位無(wú)功補(bǔ)償裝置價(jià)格(風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功價(jià)格按150元/kVar)； ΔQT——變壓器的無(wú)功功率。

2風(fēng)電場(chǎng)變壓器負(fù)荷模型

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力具有隨機(jī)性，變壓器負(fù)荷也隨風(fēng)機(jī)出力而變化。為較準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)變壓器的負(fù)荷，需結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計(jì)算風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率、電力設(shè)備負(fù)載功率、各個(gè)支路的功率及各個(gè)支路的功率損耗，圖1為常規(guī)風(fēng)電場(chǎng)的電能流圖。

縱觀整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的電能流圖，為計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)箱式變壓器和主變壓器的負(fù)荷，需對(duì)風(fēng)機(jī)出力、風(fēng)機(jī)輔助變壓器損耗、箱式變壓器損耗、集電線路損耗、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備損耗、站用電損耗等進(jìn)行綜合計(jì)算分析。經(jīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖的分析，風(fēng)電場(chǎng)變壓器的負(fù)荷主要與風(fēng)機(jī)出力曲線、風(fēng)機(jī)輔助變壓器損耗、箱式變壓器損耗、集電線路損耗、站用電損耗有關(guān)，現(xiàn)進(jìn)行分別論述。

2.1風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)出力曲線模型

隨風(fēng)電場(chǎng)氣候變化，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力具有隨機(jī)波動(dòng)性，為較準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)變壓器的負(fù)荷，需對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際出力曲線進(jìn)行深入分析?？v觀近20年來(lái)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了各種風(fēng)資源評(píng)估來(lái)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力情況，其中以丹麥RisΦ國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的WAsp軟件和法國(guó)美迪公司開(kāi)發(fā)的Meteodyn WT軟件具有代表性。WAsP采用線性模型計(jì)算方法，對(duì)地形相對(duì)簡(jiǎn)單的地區(qū)比較適用，對(duì)較復(fù)雜地形有一定的局限性。Meteodyn WT采用流體力學(xué)計(jì)算方法(CFD)，該軟件適用于任何地形條件的風(fēng)流自動(dòng)測(cè)算，能減少?gòu)?fù)雜地形條件下評(píng)估的不確定性，得到整個(gè)場(chǎng)區(qū)的風(fēng)流情況。Meteodyn WT通過(guò)載入地形數(shù)據(jù)、定義繪圖區(qū)域、定義測(cè)風(fēng)點(diǎn)以及結(jié)果點(diǎn)，計(jì)算一系列風(fēng)向數(shù)據(jù)來(lái)獲得定向結(jié)果，推算出一定區(qū)域的風(fēng)資源分布，還可以修正地形對(duì)風(fēng)速測(cè)量的影響，進(jìn)行長(zhǎng)期風(fēng)流數(shù)據(jù)的調(diào)整[11]。經(jīng)國(guó)內(nèi)外理論及實(shí)踐證明，Meteodyn WT軟件能較好的模擬出風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)區(qū)各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速和功率時(shí)間序列。本文采用Meteodyn WT軟件進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)出力時(shí)間序列計(jì)算。

通常來(lái)說(shuō)，風(fēng)機(jī)廠家給定的風(fēng)機(jī)功率曲線為有功功率，且已考慮了發(fā)電機(jī)損耗、輪轂至塔筒底部線路損耗以及風(fēng)機(jī)變頻器損耗。在正常工作情況下，雙饋/直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率因數(shù)最大波動(dòng)范圍為-0.95～0.95，風(fēng)電機(jī)組自身發(fā)生的最大無(wú)功占比約為-30%～30%[12]。

2.2主要電氣設(shè)備損耗模型

(1)變壓器損耗模型

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)區(qū)內(nèi)風(fēng)機(jī)輔助變壓器、箱變和主變壓器為雙繞組變壓器，變壓器的損耗為：

(2)

式中ΔPz——變壓器綜合功率損耗；ΔPFT、ΔPFT——變壓器有功無(wú)功損耗；Se為變壓器額定容量；P0——變壓器空載有功損耗；Pk——變壓器額定短路損耗；I0%——變壓器空載百分?jǐn)?shù)；Uk%——變壓器短路阻抗百分?jǐn)?shù)；KT——變壓器負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)；β——平均負(fù)載系數(shù)；K2——無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。

(2)集電線路損耗模型

由于風(fēng)電場(chǎng)單回電纜集電線路在100 km以下，π型等值電路下可忽略電導(dǎo)，將線路阻抗影響集中起來(lái)，把線路對(duì)地電容對(duì)稱的集中在線路的兩端，由于線路兩端電壓變化較小，則損耗為[13]：

(3)

由于風(fēng)電場(chǎng)單回架空集電線路在100 km以下，且電壓為35 kV及以下，π型等值電路下可忽略電導(dǎo)和電納，將線路阻抗影響集中起來(lái)，損耗為[13]：

(4)

式中I——集電線路上的電流；ΔPJD、ΔQJD——單端線路的有功和無(wú)功功率損耗；R、X、G、B——線路電阻、電抗、電導(dǎo)和電納；U——線路端電壓；ΔPwj——電纜介質(zhì)損耗；ΔPyp——架空線年平均電暈損耗。

(3)站用變損耗模型

站用變壓器損耗參照變壓器損耗公式(2)進(jìn)行估算。站用負(fù)荷在實(shí)際運(yùn)行中，變電站站內(nèi)裝有電能表，可從電能表中抄錄用電量。在輸變電工程估算時(shí)，可參照中國(guó)南方電網(wǎng)Q/CSG 1 1301-2008線損理論計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按50%的站用變?nèi)萘颗c計(jì)算時(shí)段之積計(jì)算用電量，具體計(jì)算時(shí)需根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)所在地環(huán)境溫度、站區(qū)配套設(shè)施確定。站用變壓器容量可參照電力規(guī)范DL/T5155-2002計(jì)算。

3風(fēng)電場(chǎng)變壓器壽命損失及溫升模型

3.1變壓器壽命損失模型

至今還沒(méi)有簡(jiǎn)單且唯一的壽命終止準(zhǔn)則來(lái)定量闡述變壓器的剩余壽命，文獻(xiàn)[3，5，14]指出變壓器絕緣老化是溫度、含水量、含氧量和含酸量的時(shí)間函數(shù)。從可靠性來(lái)看，絕緣紙是變壓器中可靠性最弱的部分，因此只要掌握絕緣紙老化的情況，就可以掌握變壓器老化的進(jìn)程，進(jìn)而評(píng)估變壓器的運(yùn)行壽命。近年來(lái)，熱改性絕緣紙因具有耐熱性好、強(qiáng)度高和不嚴(yán)格服從6°準(zhǔn)則等特點(diǎn)而大量用于變壓器，由于溫度分布不均勻，在最高溫度下運(yùn)行的那部分一般將遭受最嚴(yán)重的劣化，根據(jù)目前對(duì)熱改性絕緣紙機(jī)理的研究，得到熱改性絕緣紙相對(duì)老化率V與繞組最熱點(diǎn)溫度θh關(guān)系式如下：

(5)

由熱點(diǎn)溫度引起的熱改性絕緣紙相對(duì)老化率V關(guān)系圖如圖2所示。從圖2中可以看出，熱點(diǎn)溫度在110℃及以下時(shí)，相對(duì)老化率較低；當(dāng)熱點(diǎn)溫度大于120℃以后，老化率V增長(zhǎng)較快。由此可知，在為了保障變壓器的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行壽命，可采用降低熱點(diǎn)溫度的方法，如在115℃時(shí)降低到110℃，老化率可降低65%，降低熱點(diǎn)溫度可采用增加變壓器片散、增加繞組線徑等方式。

圖2　由熱點(diǎn)溫度引起的相對(duì)老化率

在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行壽命周期20年內(nèi)，為得到老化率的精確結(jié)果，環(huán)境溫度和負(fù)載系數(shù)的最小時(shí)間常數(shù)應(yīng)比變壓器繞組時(shí)間常數(shù)τw小一半，箱變繞組時(shí)間常數(shù)τw為4 min，為計(jì)算隨風(fēng)機(jī)出力變化而呈現(xiàn)的風(fēng)電場(chǎng)變壓器壽命損失，現(xiàn)將每年劃分成262 800個(gè)時(shí)間段，視每個(gè)小時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷為相對(duì)穩(wěn)定值，由此根據(jù)熱改性絕緣紙老化率確定實(shí)際風(fēng)機(jī)出力作用下變壓器在一年內(nèi)的壽命損失如下：

(6)

式中Vn——熱改性絕緣紙?jiān)诘趎個(gè)小時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)老化率；tn——第n個(gè)小時(shí)間段的長(zhǎng)度，本文中取為2 min；n——小時(shí)間段序號(hào)；N——小時(shí)間段總數(shù)262 800。

3.2變壓器溫升模型

考慮到風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)出力的隨機(jī)性，箱變和主變?cè)诖蟛糠謺r(shí)間里溫升過(guò)程都達(dá)不到穩(wěn)態(tài)，為計(jì)算變壓器的壽命損失，需對(duì)風(fēng)電場(chǎng)變壓器暫態(tài)溫升進(jìn)行求解。目前計(jì)算變壓器溫升主要有兩種基于熱傳遞原理的方程：指數(shù)發(fā)熱方程和微分發(fā)熱方程。指數(shù)發(fā)熱方程適合于用實(shí)驗(yàn)確定熱傳遞參數(shù)和簡(jiǎn)化的場(chǎng)合，微分發(fā)熱方程適用于任意的時(shí)變負(fù)載和時(shí)間環(huán)境溫度。考慮到風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)出力的隨機(jī)性，本文采用微分方程解法計(jì)算變壓器的溫升。根據(jù)文獻(xiàn)[14]，考慮到變壓器的負(fù)載系數(shù)和環(huán)境溫度時(shí)，變壓器頂層油溫的微分方程為:

(7)

式中K——負(fù)載系數(shù)，是實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷之比；R——額定電流下負(fù)載損耗與空載損耗的比值；x——油溫度指數(shù)；Δθor——額定損耗下變壓器頂層油穩(wěn)態(tài)溫升；k11——熱模型常數(shù)；τ0——平均的油時(shí)間常數(shù)；θ0——考慮負(fù)載下頂層油的溫度；θa——環(huán)境溫度。

假設(shè)繞組電流導(dǎo)致的變壓器繞組溫度上升為Δθh1，變壓器油冷卻作用導(dǎo)致的變壓器繞組溫度下降為Δθh2，則有：

(8)

(9)

式中Δθhr——額定電流下熱點(diǎn)溫度對(duì)頂層油的梯度；τw——繞組時(shí)間常數(shù)；y——電流對(duì)繞組溫升的指數(shù)冪；k21、k22——熱模型常數(shù)。

由式(8)、式(9)可得實(shí)際負(fù)荷條件下變壓器繞組熱點(diǎn)溫升梯度為：

Δθh=Δθh1-Δθh2

(10)

根據(jù)式(7)、式(10)可得變壓器繞組最熱點(diǎn)溫度為：

θh=θo-Δθh

(11)

由于風(fēng)電場(chǎng)變壓器負(fù)荷的隨機(jī)性，因此可將負(fù)載電流近似地化為一系列階躍變化的函數(shù)，則微分方程可變換為差分方程進(jìn)行求解計(jì)算[14]，進(jìn)而計(jì)算出風(fēng)電場(chǎng)變壓繞組最熱點(diǎn)溫度和壽命損失。

4實(shí)證分析

湖北某風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量50 MW，采用25臺(tái)單機(jī)2 000 kW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，葉輪直徑103 m，輪轂高度80 m。工程初定35 kV箱變型號(hào)為：S11-M-2 200/35，36.75±2×2.5%/0.69 kV D，yn11主變壓器型號(hào)為：SZ11-5 000/110，115±8×1.25%/36.75 kV YN，d11，場(chǎng)區(qū)集電線路采用地埋敷設(shè)方式。

通過(guò)文中構(gòu)建的基于風(fēng)資源軟件Meteodyn WT的風(fēng)電場(chǎng)變壓器負(fù)荷模型、變壓器壽命損失和溫升模型運(yùn)用Matlab軟件編程計(jì)算可得：?jiǎn)闻_(tái)風(fēng)機(jī)出力與箱變電能損耗如圖3所示。某單臺(tái)箱變負(fù)載率、環(huán)境溫度、箱變熱點(diǎn)溫度與壽命損失圖如4所示。整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)出力與主變電能損耗如圖5所示、主變壓器負(fù)載率、環(huán)境溫度、箱變熱點(diǎn)溫度與壽命損失圖如6所示。

圖3　單臺(tái)風(fēng)機(jī)出力與箱變電能損耗時(shí)序圖

圖4　單臺(tái)箱變負(fù)載率、環(huán)境溫度、熱點(diǎn)溫度與壽命損失圖

圖5　整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)出力與主變壓器電能損耗時(shí)序圖

圖6　主變負(fù)載率、環(huán)境溫度、熱點(diǎn)溫度與壽命損失圖

由圖3～圖6結(jié)果可知，在當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力情況下，風(fēng)機(jī)箱變的最大負(fù)載率為95.5%、最熱點(diǎn)溫度為96.8℃、壽命損失為90 h；主變壓器最大負(fù)載率為98.1%、最熱點(diǎn)溫度為133.6℃、壽命損失為4 726 h。由此可見(jiàn)風(fēng)電場(chǎng)用變壓器繞組熱點(diǎn)溫度較低，壽命損失較小，容量未得到充分利用，且考慮到風(fēng)電場(chǎng)存在不同程度的湍流、控制及偏航、葉片污染、風(fēng)機(jī)可利用率、風(fēng)機(jī)功率曲線及其他不確定性因素折減，風(fēng)電場(chǎng)用變壓器壽命損失將更會(huì)減少。 因此為了較優(yōu)的選擇適合本風(fēng)電場(chǎng)的箱變和主變方案，需在風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)全年出力的情況下，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)變壓器經(jīng)濟(jì)性配置模型、負(fù)荷模型、壽命損失和溫升模型綜合進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)變壓器的配置方案優(yōu)化。

考慮到風(fēng)電場(chǎng)用箱變?nèi)萘繉儆诙ㄖ菩?，?duì)于2 000 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)將箱變?nèi)萘堪? 500 kVA、2 200 kVA、2 000 kVA、1 800 kVA及1 600 kVA 5種型號(hào)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算和分析；考慮到風(fēng)電場(chǎng)主變壓器遵從GB 1094.1—1996，變壓器容量值優(yōu)先從R10序列中選擇，對(duì)于本例中50 MW的風(fēng)電裝機(jī)容量，現(xiàn)將主變壓器容量按63、50 MVA及40 MVA3種型號(hào)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。箱變、主變參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1　不同容量的變壓器參數(shù)表

表2　不同容量的變壓器經(jīng)濟(jì)表

從表中計(jì)算結(jié)果可知，從箱變運(yùn)行壽命、帶載能力方面，2 000 kW風(fēng)機(jī)選擇2 000 kVA箱變即可滿足；從箱變整個(gè)經(jīng)濟(jì)壽命周期來(lái)看，本工程選擇2 200 kVA箱變經(jīng)濟(jì)效益最高；從主變壓器運(yùn)行壽命、帶載能力方面，50 MVA主變即可滿足本風(fēng)電場(chǎng)電能送出的需要；從主變整個(gè)經(jīng)濟(jì)壽命周期來(lái)看， 63 MVA主變經(jīng)濟(jì)效益最高。本文主要從綜合效能費(fèi)用考慮，因此本例中的箱變?nèi)萘窟x擇2 200 kVA，主變?nèi)萘窟x擇63 MVA。

5結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力的時(shí)變特性，采用風(fēng)資源評(píng)估軟件Meteodyn WT建立風(fēng)機(jī)出力模型，采用熱傳遞微分方程建立風(fēng)電場(chǎng)變壓器溫升模型，采用熱改性絕緣紙的老化率動(dòng)態(tài)評(píng)估方法建立風(fēng)電場(chǎng)變壓器壽命損失模型，依此從變壓器溫升效和壽命損失的角度，運(yùn)用Matlab軟件計(jì)算分析風(fēng)電場(chǎng)用變壓器的可用運(yùn)行容量；并在既有設(shè)備和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的前提下采用綜合效能費(fèi)用法建立風(fēng)電場(chǎng)變壓器經(jīng)濟(jì)性配置優(yōu)選模型，提出了風(fēng)電場(chǎng)變壓器優(yōu)化配置方案，從而提高了風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，為以后不同容量的風(fēng)電場(chǎng)用變壓器選擇提供了經(jīng)濟(jì)有效的配置方案。

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(本文編輯：嚴(yán)加)

Optimization of Wind Farm Transformer Configuration Scheme

KANG Kai, LU Sheng

(Hubei Electric Power Design Institute, Wuhan 430040, China)

Abstract:The intermittence of the wind power leads to the randomness of the output power of the wind power generator, and the complexity of the configuration of wind farm transformer. This paper introduces an optimal configuration scheme of wind farm transformer based on WT and Matlab. Meanwhile the temperature rise model and relative aging rate equation of transformer was constructed based on heat transfer differential equation and heat-modified insulating paper with the weakest reliability.

Key words:wind farm; transformer; wind resource assessment

DOI：10.11973/dlyny201602016

作者簡(jiǎn)介：康慨(1987)，男，碩士，從事新能源發(fā)電技術(shù)方面設(shè)計(jì)與研究。

中圖分類號(hào)：TM614；TM41

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1256(2016)02-0223-06

收稿日期：2016-02-23