風電場電氣設備后評價內容探討

周春生

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 概述

新疆阿勒泰某風電場工程總裝機容量為49.5MW，工程于2013年6月開工，2014年7月，風電場33 臺全部風電機組發電并網，投產至今已運行多年。為了確定項目主要效益指標是否實現、設備運行是否可靠，為總結經驗教訓，及時有效反饋信息，提高未來項目的建設管理水平，特此對本項目后評價。后評價工作在現場調查和資料收集的基礎上，結合項目可行性研究成果及項目核準文件的主要內容，與項目建成后所達到的實際效果進行全面系統地對比分析評價，找出差距和原因，總結經驗教訓，提出相應對策建議。后評價基礎資料包括風電場可行性研究報告及其審查意見、風電場接入系統報告及其審查意見、各階段的設計報告、圖紙及主管部門的審批文件，后評價人員還赴項目現場，通過現場檢查、監控錄像，與設計、運行管理人員溝通交流等手段了解工程建設情況。

2 風電機組評價

為保證風電場的安全、可靠運行，風力發電機組滿足以下技術要求。

（1）風電機組應具各有功功率控制的能力：要求風電機組具各有功功率控制范圍從0 ～100%的范圍內平穩調節的能力，具有最大輸出功率控制和風電機組有功功率上升變化率控制的能力；風電機組有功功率應該能夠實現就地和遠端調整控制。

（2）風電機組應具各無功功率控制的能力：要求風電機組功率因數應具有保持在-0.95 ～+0.95 實時調節的能力，并具有恒功率因數和恒電壓運行模式的能力。

（3）風電場并網點電壓偏差在-10%～+10%，風電機組應能正常運行。

（4）風電機組應具有低電壓穿越能力：要求風電機組機端電壓跌落到額定電壓的20%在0.625s 以內能夠維持運行，電壓2s 內恢復到額定電壓的90%的全過程，風電機組保持不解網。

（5）頻率適應性：電力系統頻率在49.5 ～50.2Hz 范圍內時，風電機組應能正常運行。電力系統頻率在50.2Hz以上時，要求風電機組應能不脫網運行2min。電力系統頻率在48 ～49.5Hz 范圍內時，風電機組應能不脫網運行30min。

（6）風機控制系統信息采集：風電機組控制系統應該滿足電力系統信息采集與傳輸的需要，同時能夠根據調度所下的負荷出力曲線，調節控制風機的有功出力和無功出力。

評價認為，影響發電量的主要因素葉片、變頻器、偏航、齒輪箱等部件或系統發生故障。

針對上述各種因素，運行時應做好防范及應對措施。

高度重視對風電機組葉片的預檢和定期維檢工作，及時清洗、維護和修補葉片，防止葉片事故發生；做好風電機組葉片的防雷措施；做好對其有效性的安全檢查；定期檢查變漿的后備電源即蓄電池的充電情況；對發電機功率、風輪轉速、變槳距角度、齒輪箱油位與油溫、液壓裝置油位與油壓、制動剎車片溫度和磨損程度等進行監測；定期更換潤滑油，在運行過程中，也要注意箱體內油質的變化情況，定期取樣化驗，若油質發生變化，及時更換。在齒輪箱運行期間，定期檢查運行狀況，運轉是否平穩、有無振動或異常噪音、各處連接和管路有無滲漏、接頭有無松動、油溫是否正常；配置振動監測裝置。包括齒輪箱、高速軸和低速軸、發電機等的振動監測。做好偏航系統零部件的維護；定期檢查制動器殼體和制動磨差片的磨損情況；定期檢查制動器連接螺栓的緊固力矩是否正確；全面檢查齒輪副的嚙合側隙是否在允許的范圍內；每月對液壓回路進行檢查，確保液壓油路無泄漏、斷油。

發電機系統保護配置完善、定期校驗，動作可靠。定子接地、轉子接地保護必須投入運行；嚴格執行運行、檢修規程；防止發電機過負荷運行；保證發電機保護裝置可靠運行；發電機并網控制系統避免頻繁并網。建議定期做好風機基礎沉降觀測工作，并做好記錄。基礎沉降觀測施工期基礎施工結束后觀測一次，每安裝一段塔筒觀測一次，荷載全部施加完畢觀測一次，運行期初期至少每月觀測兩次，運行一年后每年觀測兩次，若發生基礎沉降變化超出合理范圍，及時采取防范措施。

3 電氣設備評價

風電場所有電氣設備均采用國網通用設備，招標手續齊全，設備出場資料齊全，安裝、調試記錄完善，使設備質量從源頭到安裝得到保證。風電場主要設備在并網前經過詳細自查，根據并網安全性評價自查報告。根據現場運行人員反映，主要設備在運行期間運行穩定，無重大故障發生。風電場由新疆省調和阿勒泰地調調度，遠動信息直送新疆省調和阿勒泰地調，遠動信息采集內容按調度自動化設計規程、新疆省調和阿勒泰地調的需要設計。在升壓站配置調度專用遠動系統，實現新疆省調和阿勒泰地地調對110kV 升壓站、風電場主要信息的遙測、遙信等要求。風電機組計算機集中監控系統主要監視和控制風電機組和箱變。風力發電機的保護和檢測裝置由風力發電機生產廠家按照國家有關規定進行配置。能夠實時顯示風電機組各種運行參數，同時對有關歷史數據如歷史故障報警內容和發電量、發電時間有累加存儲功能。

4 電網友好性評價

4.1 有功調節能力評價

風電場配置有功功率控制系統，能根據電網調度部門指令控制其有功功率輸出，自動接收并執行調度部門遠方發送的有功功率控制信號，可以確保風電場最大有功功率值及有功功率變化值不超過電網調度部門的給定值。以便在電網故障和特殊運行方式時確保電力系統的穩定。風電場上傳風機監控系統有遠方控制投入／退出信號、AGC 狀態投入信號、風電場并網點發電有功功率、風電場全部可調機組的不停機下限值、風電場實際可控的上限值、風電場調節速率、網調主站下發調節指令的反饋值。能響應網調主站周期為10 ～30s 的下發指令。

4.2 無功電壓調節能力評價

風電機組應具有無功功率控制系統，使風電機組功率因數能在-0.95 ～+0.95 的范圍內動態可調，風電機組應具有恒功率因數運行模式；風電機組無功功率控制系統應能與風電場集中無功補償裝置協調運行，以實現風電場高壓側功率因數在-0.98 ～+0.98 的調節能力。升壓站設置動態無功補償SVG 成套裝置，可動態補償風電場集電線路、升壓站及送出線路無功，響應時間快，滿足電網要求。風電場并網控制系統應能根據監測到的變電站運行狀況，根據調度下達的電壓曲線或根據AVC 控制策略自動對無功補償裝置發出控制指令，實現對控制目標值─電網電壓和無功的自動調節和閉環控制，使其在允許的范圍內變化。

4.3 功率預測能力評價

風電場配置了風電功率預測系統，具有短期和超短期預測功能，預測誤差可滿足要求，能按規定時間上報次日預測結果，保證風電場風電并網全部滿足相應考核要求。

4.4 低電壓穿越能力評價（如圖1）

圖1 低電壓穿越示意圖

無功動態調整響應速度應與風電場風電機組高、低電壓穿越能力相匹配，確保在調節過程中風機不因高、低電壓脫網。

風電場具備高( 低) 電壓穿越能力：當風電場并網點電壓在O.9 ～1.1 倍額定電壓范圍(含邊界值，下同)內時，風電機組應能正常運行；在1.1 ～1.15 倍額定電壓范圍內時，具備每次運行10 秒能力；在1.15 ～1.2 倍額定電壓范圍內時，具備每次運行200ms 能力；當風電場并網點電壓大于1.2 倍額定電壓時，允許退出運行。與《風電場接入電網技術規定》(0/GDWl392-2015)要求一致。

5 結語

風電場的建設充分考慮資產全壽命周期管理的目標體系：可靠性與安全性、可維護性、可施工性、可擴展性、節約環保性、可回收性、防災與突發事件處理以及資產全壽命周期成本最優化。近年來，受到棄風限電影響，風電場收益無法達到預期效果，總結“三北”地區棄風限電的經驗教訓，對促進我國新能源行業乃至整個能源行業今后的健康發展非常必要和重要。實踐經驗表明，風電企業必須適應市場，積極開拓市場，才有可能促進清潔能源在更大區域范圍的消納。要適應市場，必須全方位了解自身，因此，做好項目后評價是必然的。