沙珠玉風電場無功補償裝置分析報告

曹延超

（青海綠電電力運維技術有限公司，青海 西寧 810001）

1 沙珠玉風電場無功損耗的組成

（1）沙珠玉風電場中的箱式變壓器是一臺風機、一臺箱式變壓器，可以把風機電壓從690 V升到35 kV。沙珠玉風電場共有8臺風機、8臺箱式變壓器。（2）沙珠玉風電場35 kV輸線路與集電線路：運用箱式變壓器經過集電線路把風機電力送到風電場開關站3520開關，在經過3521開關到西臺變電所（3521到西臺變距離15.1 km）。

2 計算沙珠玉風電場的無功損耗

例如，先計算一下共和沙珠峪風電場的無功損耗，沙珠玉風電場共8臺風機的總容量是14 MW。里邊的2臺是使用聯合動力公司生產的單機容量1 500 kW的雙饋異步風電機組，2臺采用東汽公司生產的單機容量1 500 kW雙饋異步風電機組，4臺采用湘電公司出廠的直驅風電機組的單機容量是2 000 kW，采用變槳方式、變速來調節風機功率，永磁發電機與雙饋異步發電機是發電機的兩種類型。沙珠玉風電場建設一個35 kV開關站，開關站用一回15.1 km LGJ-95型號的35 kV送電線路接入西臺變電站。

箱式變壓器無功損耗計算公式：

式中：XT*—變壓器電抗的標幺值；

XT—變壓器電抗的有名值；

Se—變壓器的固定容量；

Sj—系統基準功率；

Ue—額定電壓；

Uj—基準電壓；

P—有功功率；

Q—無功功率；

ΔQT—變壓器的無功損耗；

I0%—變壓器的空載電流；

Uk%—變壓器的短路電壓；

N—變壓器并列運行的臺數。

35 kV線路無功損耗的計算公式：

式中：Q—線路無功損耗；

X—線路電抗；

P—有功功率；

Q—無功功率；

U—系統電壓。

沙珠玉風電場35 kV開關站到西臺變電所的送出線路是15.1 km，送出線路的電纜是LGJ-185D的電纜， LGJ-185電纜的電抗值是X=0.365/km×15.1=5.512。

風電場送出線路功率損耗和壓降的公式如下：

式中：ΔS、ΔU分別為線路的功率損耗和電壓降；R+JX—線路的電抗；U2、P2和Q2分別為風電并網點的電壓、有功和無功，其中，有功功率方向為風電場側流向系統側。在公式（6）中，一般虛部可忽略不計，值得注意的是在實部中，若考慮風電場出口功率因數為1.0，則P2和Q2的方向相反，也正是由于方向相反，ΔU比P2和Q2的方向相同的情況下要小，也就是說想要使風電場到并網點的壓降最小，風電送出線路的有功和無功最好方向相反。同時，由于送電線路的電抗比電阻要大，只要從系統側倒送很少一部分無功就可以保證系統的電壓要求。

經過計算沙珠玉風電場8臺箱式變壓器的總無功損耗大約為640 kvar，35 kV輸電線路的無功損耗大約為850 kvar，沙珠玉風電場總的無功損耗大約在1 380 kvar，考慮到風機本身可發無功，沙珠玉風電場總的無功損耗計算應該減去風機本身可發的無功容量。

沙珠玉風電場三個廠家(聯合動力UP86-1500型風機的功率因數是-0.95～0.95、東汽FD93型風機的功率因數0.975、湘電XE93-2000型風機的功率因數是0.93～1，進行無功配置時應充分考慮利用風機發出的無功，風電場8臺風機自身發出的無功就可以滿足沙珠玉風電場的無功損耗的要求，可以不用另外配置無功補償裝置。

現在沙珠玉風電場配置的無功補償SVC-MCR系統的額定容量為4 000 kvar，動態無功補償容量過大，35 kV開關站配置的電容器的系統額定電壓最高為38.5 kV，沙珠玉風電場35 kV送出線路電壓已經很高達到38 kV左右，投入無功補償后系統電壓更高，超過電容器額定電壓最高值時會造成電容器保護過電壓保護動作開關跳閘。開關的頻繁動作就會造成開關跳合閘線圈的燒壞（3531開關的跳閘線圈、F10輔助開關的燒毀就是以上原因造成的），綜合以上數據分析得到結論，如果投運無功補償裝置，會造成風電場的運行費增高，設備損壞故障率增加，維護成本增加等弊端。因此，建議暫時不要投入無功補償裝置，等風電場擴建風機，容量增加需要投入無功補償時再投入裝置。

接入電力系統后的風電場，動態過程中無功吸收系統引起的電壓降低是最令人擔憂的問題，使系統的平穩性受到威脅。文獻[1]規定了風機的低壓穿越，但沒有相關的資料來說明風電場在低壓過程中的狀態。不一樣的風機廠家生產的風機特點肯定是不一樣的，唯一有相似之處的就是低電壓。無功電流與有功電流都是由風機發出的電流，電流風電場的極限值就是有功電流和無功電流，

當電壓降到50%時，如果系統電壓降低1%，無功電流增加2%，風機的無功電流比正常值增加40%。Al模式，即此時風機的有功輸出大幅下降，無功電流注入系統以支持系統電壓。因此，在動態降壓過程中，風機不吸收系統的無功功率，風電場開關站不需要增加無功功率來應對動態過程，功率補償能力。

3 結語

（1）需要計算才能算出無功補償的容量。不可以按照風電場的比例配置。需要首先運用風力發電機組本身的無功功率。

（2）風電場無功損耗容量為集電線路、饋電線、升壓站箱式變壓器、升壓變壓器，減去風機本身的無功容量。

（3）需要依據整體的情況進行研究計算，風電場輸電線路的無功補償是否需要補償，需要綜合研究無功補償，對系統變電所側一定容量的無功進行補償是最適合的補償方法。

（4）當系統故障出現電壓降低這種情況時，無功電流加大，風機的有功電流變小，風電場開關站不需要預留相應的無功功率來應對動態過程。