趙世祥，趙俊新，付志剛，柴文戰(zhàn)

（1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021；2.國網(wǎng)長春供電公司，長春 130021；3.國網(wǎng)白城供電公司，吉林 白城 137000）

我國風(fēng)力資源豐富，吉林省是國內(nèi)六大風(fēng)力發(fā)電基地之一。相對于火電廠，風(fēng)電場計量系統(tǒng)有很多自身特點，比如關(guān)口電能計量裝置既是發(fā)電裝置又兼做購電裝置。計量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的監(jiān)控畫面及電量監(jiān)測數(shù)據(jù)存在著許多讓業(yè)內(nèi)技術(shù)人員困惑的地方，深入開展技術(shù)分析、計量管理探究很有必要，對于科學(xué)配置相關(guān)設(shè)備、合理調(diào)整節(jié)能運行方式，以及做好風(fēng)電場營銷、計量管理，有著重要的現(xiàn)實意義。

1 風(fēng)電場的計量系統(tǒng)

1.1 風(fēng)電場設(shè)計規(guī)模

風(fēng)電場的典型設(shè)計規(guī)模是220kV 上網(wǎng)的200 MW 容量，依據(jù)風(fēng)資源地理分布狀況的差異，規(guī)模一般為100 MW 的整數(shù)倍，風(fēng)資源很小的地理區(qū)域規(guī)模僅為50 MW。由于風(fēng)資源地理分布或資金分期投入原因，已投運的風(fēng)電場以100 MW 容量為大多數(shù)。200 MW 風(fēng)電場的主要一次電氣設(shè)備典型設(shè)計聯(lián)絡(luò)圖見圖1，典型設(shè)計中主變壓器、無功自動補(bǔ)償裝置（SVG）的額定容量分別為100 000kVA 和10 000kVA。接地變壓器兼站用變壓器的容量應(yīng)依據(jù)實際計算得到，一般為800kVA/400kVA 左右。如果均采用1.5 MW 額定容量的風(fēng)機(jī)，200 MW 風(fēng)電場典型設(shè)計發(fā)電線路為12條、每條線路大約11臺風(fēng)機(jī)。

1.2 風(fēng)電場計量系統(tǒng)組成

以33 臺1.5 MW 風(fēng)機(jī)組成的額定容量為100 MW風(fēng)電場為例，風(fēng)電場的整個計量系統(tǒng)由下列幾部分組成［1］：

a.每臺風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能大多經(jīng)變比為690V/35kV 的箱變升壓匯集在35kV 低壓母線上，每臺風(fēng)機(jī)的運行功率由機(jī)組控制柜中的功率采樣模塊采集傳輸?shù)竭\行監(jiān)控微機(jī)中顯示；

b.35kV 低壓母線上的各條發(fā)電線路、每臺SVG 連接變壓器的高壓側(cè)及每臺接地變壓器（其中1臺還兼站用變壓器）的高壓側(cè)都安裝電能計量裝置，接地變壓器兼站用變壓器抽頭的低壓側(cè)安裝380V 的電能計量裝置；

c.一般情況下，33臺風(fēng)機(jī)的發(fā)電電能經(jīng)6條35 kV 低壓發(fā)電線路匯集在低壓母線上，經(jīng)一臺額定容量為100MW 的主變壓器升壓成220kV，主變壓器低壓側(cè)一般情況下不必安裝電能計量裝置，如果風(fēng)電場設(shè)計規(guī)?？傤~定容量超過100 MW，則每臺主變壓器低壓側(cè)對應(yīng)的35kV 母線要采取分段式連接，每臺主變壓器的高壓側(cè)均需安裝電能計量裝置；

圖1 風(fēng)電場計量系統(tǒng)簡圖

e.整個風(fēng)電場停電檢修時所需電能（包括辦公樓生活用電），由該計量系統(tǒng)外的10kV 農(nóng)電線路供電。

2 計量系統(tǒng)存在問題

主控室運行監(jiān)控微機(jī)畫面、電能計量裝置運行性能、監(jiān)測數(shù)據(jù)，風(fēng)電場計量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步解決管理問題。系統(tǒng)性地探究這些計量問題，對于做好營銷工作和調(diào)整運行方式有所幫助。

2.1 關(guān)口計量環(huán)節(jié)

a.在風(fēng)機(jī)全部停運、風(fēng)電場購網(wǎng)用電時，主控室運行監(jiān)控微機(jī)畫面顯示上網(wǎng)線路側(cè)的監(jiān)測電流、瞬時功率仍為微正或零，即仍為發(fā)電狀態(tài)，部分風(fēng)電場只有在“深度購電”運行時，上網(wǎng)監(jiān)控顯示方為“微負(fù)”狀態(tài)（甚至有的風(fēng)電場從未顯示過“微負(fù)”狀態(tài)）。

b.從運行監(jiān)控微機(jī)畫面看，發(fā)電狀態(tài)時上網(wǎng)線路側(cè)功率因數(shù)均接近于＋1.00，而購網(wǎng)用電時顯示接近于－1.00，或－0.50、－0.30、－0.1，最低－0.005均為常見。

c.當(dāng)具有2臺以上主變壓器時，主變壓器高壓側(cè)計量電量之和與上網(wǎng)線路側(cè)關(guān)口計量電量差別較大。

d.以只有1 臺主變壓器的100 MW 風(fēng)電場為例，在不使用加熱或制冷設(shè)備的春秋季節(jié)，供電公司安裝的國產(chǎn)計量表顯示購網(wǎng)用電電流為0.008A 左右，而蘭吉爾關(guān)口表常常顯示為0.01A 或0.00A。

2.2 主變壓器監(jiān)控

a.購網(wǎng)用電時，主變壓器高、低壓兩側(cè)有功功率、功率因數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)不一致，主變壓器低壓側(cè)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較大且稍顯頻繁；

b.以只有1臺主變壓器的100 MW 風(fēng)電場為例，主變壓器高壓側(cè)監(jiān)測的購網(wǎng)用電有功功率常常為270kW 及以下，甚至為零。

印度屬于多民族國家，而且還受到中東及西洋文化的影響，因此，這里的飲食隨著地區(qū)和宗教的變化而變化。南印度與北印度的飲食習(xí)慣差異很大，所以這些飲食習(xí)慣的形成并不是由于食物味道的好壞，而是因為宗教信仰的原因。不同的城市，不同的家庭，都有自己的飲食特色。印度菜口味較濃，但愈往北口味愈淡。

2.3 35 kV低壓母線節(jié)點

a.我國風(fēng)電基地的電網(wǎng)無功均適合在風(fēng)電場升壓站側(cè)來進(jìn)行補(bǔ)償原因沒有深入研究。

b.自動無功補(bǔ)償裝置（SVG）進(jìn)行無功補(bǔ)償時以什么技術(shù)指標(biāo)為跟蹤目標(biāo)沒有規(guī)定。

c.在發(fā)電及購電狀態(tài)下，SVG 的投切轉(zhuǎn)換時功率因數(shù)常常穿越零時對計量產(chǎn)生較大影響。

d.在發(fā)電及購電狀態(tài)下，35kV 低壓母線節(jié)點上每臺SVG 以及接地變的負(fù)載損耗、空載損耗沒有深入探究資料。

e.接地變壓器兼站用變壓器提供的站用電“損耗”功率大小不能準(zhǔn)確測量。

2.4 風(fēng)機(jī)及箱式變壓器環(huán)節(jié)

a.風(fēng)機(jī)投切過程中，自身損耗的切換狀態(tài)及大小沒有資料。

b.風(fēng)機(jī)停運后，箱式變壓器工作狀態(tài)及損耗沒有資料。

c.風(fēng)機(jī)發(fā)電功率采集模塊輸出到運行監(jiān)控微機(jī)中的顯示值與電能表計量值差異較大，各環(huán)節(jié)監(jiān)測數(shù)據(jù)存在很大的不平衡性。

d.風(fēng)電場節(jié)能降耗的最優(yōu)途徑需要探究。

e.低壓發(fā)電線路的自身線損缺乏研究資料。

3 結(jié)果分析及技術(shù)方向

風(fēng)電場等新能源企業(yè)計量系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)之所以存在這些需要探究的問題，主要是由于電能計量存在測量準(zhǔn)確性的問題。造成這一問題的根本原因并不是因為電能計量設(shè)備的測量準(zhǔn)確度不夠，而是因為電能計量設(shè)備在某些測量區(qū)域的測量性能準(zhǔn)確程度不高甚至沒有測量性能，在這些特定區(qū)域內(nèi)的偏弱測量性能又常常被電能計量設(shè)備的具體運行方式和參數(shù)所左右，即變化著的運行參數(shù)又使電能計量設(shè)備的測量性能產(chǎn)生進(jìn)一步的差異，所以，系統(tǒng)地分析風(fēng)電場整個計量系統(tǒng)測量設(shè)備的運行狀態(tài)及其參數(shù)應(yīng)是探究問題的切入點，解決微小電流的準(zhǔn)確測量是探究所有計量方面問題的關(guān)鍵。

3.1 結(jié)果分析

a.上網(wǎng)線路側(cè)和主變壓器高壓側(cè)運行監(jiān)控體系的監(jiān)測顯示情況，來源于上網(wǎng)線路側(cè)電流互感器TA 和主變壓器高壓側(cè)TA 的0.5級儀表監(jiān)測繞組或繼電保護(hù)某P級繞組，監(jiān)測顯示效果除了與設(shè)備測量性能有關(guān)，還與上網(wǎng)節(jié)點調(diào)度運行方式要求的電壓、功率因數(shù)等主要參數(shù)相關(guān)。

b.關(guān)口電能計量裝置的計量情況，來源于關(guān)口計量TA 的0.2S級電能計量繞組，關(guān)口計量的準(zhǔn)確性與關(guān)口設(shè)備的運行性能有關(guān)。

c.各主要節(jié)點運行狀態(tài)監(jiān)測及廠用電考核計量點的采集情況，其監(jiān)測顯示情況來源于測量用TA的0.5級儀表監(jiān)測繞組或繼電保護(hù)某P級繞組，節(jié)點電量考核準(zhǔn)確性來源于測量用TA 的0.2S級電能計量繞組，監(jiān)測顯示效果和考核電量準(zhǔn)確性主要與當(dāng)時無功補(bǔ)償?shù)冗\行參數(shù)綜合作用下相關(guān)設(shè)備的測量性能相關(guān)聯(lián)。

3.2 計量問題的核心

實際上，在旺風(fēng)季節(jié)發(fā)電狀態(tài)下，風(fēng)電場運行監(jiān)測效果及電能計量準(zhǔn)確性是正常、準(zhǔn)確、可信的，但在微風(fēng)臨界發(fā)電狀態(tài)和風(fēng)機(jī)停備購網(wǎng)用電狀態(tài)時，因運行電流很小使運行監(jiān)測系統(tǒng)和電能計量設(shè)備存在很多失準(zhǔn)、失信現(xiàn)象；對關(guān)口計量準(zhǔn)確性的影響程度也需要進(jìn)一步確認(rèn)，以確保關(guān)口貿(mào)易電量及雙方經(jīng)濟(jì)利益的公平、公正。

綜上所述，微小電流能否準(zhǔn)確測量是風(fēng)電場等新能源發(fā)電企業(yè)計量系統(tǒng)一系列現(xiàn)狀與問題的癥結(jié)，探究目前采用的測量用電流互感器（尤其是關(guān)口計量TA）的運行性能及其測量準(zhǔn)確性是解決問題的關(guān)鍵。

3.3 技術(shù)方向

a.設(shè)立幾個典型規(guī)模的風(fēng)電場系統(tǒng)分析計量問題，并建立典型分析單元模型以使不同規(guī)模、具體設(shè)計有所差異的風(fēng)電場計量問題簡單化。在全部風(fēng)機(jī)停運待機(jī)狀態(tài)下，深入細(xì)致分析每一電氣設(shè)備及辦公樓設(shè)施的運行狀態(tài)、運行參數(shù)及其性能指標(biāo)，找到典型分析單元購網(wǎng)用電時電流最大值與最小值，最大值用以說明現(xiàn)用電能計量裝置無法實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，最小值用于解決問題設(shè)定預(yù)期技術(shù)指標(biāo)，能達(dá)到的啟動電流指標(biāo)越小越好。

b.除了以常規(guī)風(fēng)電場發(fā)電狀態(tài)最大電流作為關(guān)口計量裝置測量電流外，應(yīng)滿足Q/GDW 23－6935－2013－10608《弱磁場電流互感器技術(shù)條件》的要求，在合理考慮額定熱、動穩(wěn)定性要求的前提下，確立典型分析單元關(guān)口計量設(shè)備運行參數(shù)的合理保證區(qū)間，即“弱磁場測量范圍”，此時電氣設(shè)備的運行狀態(tài)稱之為“弱磁場運行工況”，尋求實現(xiàn)該工況下關(guān)口計量裝置更加準(zhǔn)確計量的科學(xué)合理方案，在此方案指引下尋求具體的實施途徑和措施，并掛網(wǎng)試運行予以驗證發(fā)電、購電狀態(tài)的準(zhǔn)確度，從而使其他次要的計量問題迎刃而解。

c.在綜合考慮調(diào)度運行方式、無功補(bǔ)償?shù)纫笠蛩叵?，給出有利于風(fēng)電場計量系統(tǒng)更加準(zhǔn)確計量、更加科學(xué)合理運行的相關(guān)設(shè)備（尤其關(guān)口計量設(shè)備）配置建議。

［1］ 朱永強(qiáng)，張旭.風(fēng)電場電氣系統(tǒng)的構(gòu)成［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.