風電場綜合廠用電率計算分析

王利靜　楊靜坤　王利書

摘要：綜合廠用電率是風力發電企業主要的經濟運行指標。文章結合某風力發電場綜合廠用電的實際情況，從影響綜合廠用電的主要因素出發，分析計算了廠用電率，意在尋求降低綜合廠用電率的有效途徑，這對風電場節能具有十分重要的現實意義。

關鍵詞：風電場；綜合廠用電率；電力損耗；風力發電企業；節能 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）34-0118-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.058

1 概述

風力發電技術是一種極具利用潛能的可再生能源發電技術。風能本身不含任何污染物，是一種清潔原料，在風電生產過程中也不產生任何污染物，而且風力資源的分布又遍及世界各地，是一種可再生能源，因此風電場發展前景十分廣闊。建設風電場主要是為了提高發電量及具有良好的發電效益，因此風電場對于節能降耗的管理工作愈加重要。綜合廠用電率是風力發電企業主要的經濟運行指標，也是發電集團開展對標管理的主要指標之一，因此加強綜合廠用電率分析，有效減少場用電量消耗，降低綜合廠用電率，在用電日趨嚴重的今天顯得尤為重要。綜合廠用電率是發電生產過程中設備設施消耗的電量占發電量的比例。本文通過對某風電場的用電率進行計算分析，探尋用電率偏高的原因，并提出可行的措施和建議。

2 基本情況

本風電場風機有兩種型號，一期安裝33臺聯合動力發電機組，二期安裝33臺金風科技發電機組，該風電場自投運以來，各設備運行基本正常，但用電率指標偏高，為了尋找原因，我們對影響用電率的相關指標進行分析計算。本風電場綜合廠用電率為綜合廠用電與風機發電量的比值。綜合廠用電計算為：風機發電量-主變低壓側上網電量+站用電+主變損耗的80%。風電場廠用電損耗包括風機機組損耗、箱變損耗、電力電纜損耗、架空線路損耗、主變損耗和站用電。按額定容量來估算風電場年損耗電量，根據本風電場可行性研究報告知，風機年平均利用小時數為2114h。按年平均利用小時數為2114h計算年損失電量。

3 用電率計算分析

風電場是由風力發電機組、架空線及箱變、升壓站內設備三部分設備組成。從負載上來看，風電場廠用電和有功損耗主要有風力發電機組自用、輸電線路損耗、變壓器及站用變用電，因此將綜合廠用電分析分為以下四部分：

3.1 一期33臺聯合動力機組耗電量分析

聯合動力機組耗電量包括風力機組損耗、箱變損耗、電纜損耗和線路損耗。

本風電場聯合動力風機部件消耗功率統計見表1。

風機有風發電時耗電元件有齒輪箱油泵（6kW）、發電機內部風扇（5.5kW）、發電機外部風扇（4.75kW）、齒輪箱換熱器風扇（3kW）。則聯合動力單臺機組有風發電消耗功率為：

P1=6+5.5+4.75+3=19.25kW

冬季風機加熱耗電元件為機艙加熱器（20kW）、變流器控制電和加熱（5kW）、塔底柜加熱器（1kW）。則單臺機組冬季消耗功率為：

P2=20+5+1=26kW

又冬季無風時發電機加熱器（1.5kW）、齒輪箱油加熱器（3kW）工作，單臺機組消耗功率為：

P3=1.5+3=4.5kW

由表2和表3分析，70m高年有效風速小時數占全年的51.67%～61.92%。風速的季節變化以5、6、7、8、9、10、11月為大，12、1、2月為小，則：一年內風機有風發電時間為：4526.43～5424.56h，取有風發電時間為5000h。實際年累計滿負荷時間為：447.59～591.91h，取年累計滿負荷時間為500h。

結合風機各部件消耗功率得風機年耗電量見表5。

3.2 二期33臺金風科技機組耗電量分析

金風科技機組耗電量包括風機損耗、箱變損耗、電纜損耗和線路損耗。

本風電場金風科技風機部件消耗功率統計見表4。

因為電量采集位置不同，金風科技風機在有風發電時不采集功率損耗，即金風科技風機只在不發電時有功率損耗。

夏季不發電時風機散熱耗電元件為IGBT冷卻風扇（8kW）、電容器冷卻風扇（3kW）、塔底冷卻風扇（4kW）。則單臺機組消耗功率為：

P1=8+3+4=15kW

又冬季無風時機艙加熱器（0.03kW）、塔底加熱器（0.8kW）工作，單臺機組消耗功率為：

P2=0.03+0.8=0.83kW

根據風資源數據分析得到的典型年2009及2010年發電時間匯總表（表2和表3），結合風機各部件消耗功率得該機組年耗電量見表5。

3.3 升壓站主變壓器耗電量分析

3.3.1 主變空載損耗為：

3.3.2 主變負載損耗為：（變壓器容量比為100/50/100）即主變額定容量為180MVA，高壓側為180MVA，中壓側為90MVA，低壓側為180MVA。負載損耗為：

Pk1-2=150.3kW

Pk1-3=513.8kW

Pk2-3=129.8kW

3.3.3 折算到變壓器額定容量的損耗值為：

各側繞組的損耗為：

3.3.4 折算到各側的損耗為：

3.3.5 單臺變壓器的年耗電量為：

3.3.6 變壓器損耗的80%為綜合廠用電損耗，即：

3.4 升壓站站用電量分析

考慮到冬季電采暖損耗和夏季的空調損耗，根據1月和7月的日用電量估算一年內站用電為：

3.5 綜合廠總用電分析

根據上述計算得到本風電場綜合廠總用電分析如表5所示，主要耗電指標為一期33臺聯合動力機組的風力機組損耗，占25.54%，二期金風科技機組相比一期聯合動力機組，風機耗電大大降低，用電量僅占2.33%，并且其他指標耗電量與一期基本相同；其次為電纜用電，一期和二期分別占13.69%和13.68%，第三為線路損耗，一期和二期分別占10.87%和10.97%。

4 數據分析

4.1 綜合廠用電率

4.1.1 根據風資源數據分析，本風電場年平均利用小時數為2114h。則66臺風機年發電量為：

。

4.1.2 風電場綜合廠用電為：

4.1.3 綜合廠用電率為：

該指標高于一般指標要求范圍（2.04%～5.79%），說明需要對各耗電指標進行調整，來降低綜合廠用電率。

4.2 降低綜合廠用電率的措施及建議

4.2.1 減少發電機組損耗。根據上述分析，兩期66臺發電機組的損耗占用電量的大部分，尤其是一期33臺聯合機組的用電量最大，我們需要根據現場實際情況優化程序參數，盡量縮短各用電設備的工作時間和啟停次數，從而達到減少風機自用耗電的目的。具體措施有：根據環境溫度設定冷卻裝置和加熱器裝置的啟停及工作；偏航系統參數修改，減少電機的啟停次數；修改風機的切入風速；提高電壓來降低輸電線路損耗；改變風電機組電量計量點，將計量點從風機發電側改為風機出口側，風機發電過程中損耗不計入統計，從而降低廠用電率。

4.2.2 減少變壓器和站用電量。變壓器不平衡度越大損耗也越大，因此一般要求變壓器低壓側電流的不平衡度不得超過10%，低壓干線及主要支線始端的電流不平衡度不得超過20%。提高功率因素和降低變壓器運行溫度的措施可提高運行經濟性。變壓器鐵損和銅損隨著電壓的變化而變化，在滿足電網電壓的前提下，進行優化選擇變壓器檔位，盡可能維持高電壓，可降低變壓器損耗。站用電量調整的空間不大，如果能及時關燈、合理控制電采暖和水加熱器、少開空調和大功率電器等節能降耗措施，也能適度降低綜合用電量。

5 結語

本文結合實際，對風電場綜合廠的用電率進行了計算分析，并提出了相應的降低用電率的措施和建議，希望能對其他風電場降低廠用電提供參考。

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作者簡介：王利靜（1985-），女，河北邯鄲人，供職于新疆龍源風力發電有限公司，研究方向：風電技術。

（責任編輯：王 波）