趙宇峰

（吉林省電力勘測設計院，吉林 長春 130022）

風電場綜合場用電率的研究

趙宇峰

（吉林省電力勘測設計院，吉林 長春 130022）

本文通過對風電場運行中各耗能環(huán)節(jié)的分析計算，得到風電場綜合場用電量。并在合理假設的基礎上，提出一種計算集電線路電能損耗的簡化方法。再結合實際工程計算出場用電量及綜合場用電率，并同實際測算結果相比較，驗證算法的正確性。

風電場；電能損耗；綜合場用電率。

1　概述

風能是清潔的可再生能源，是我國有待加強開發(fā)的新型資源。建設風電工程，利用清潔能源，是實施能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，同時也有利于生態(tài)與環(huán)境保護。降低風電場運行中的能源消耗，降低綜合場用電率，提高上網(wǎng)電量，也提高了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益，有利于推動風電工程的開發(fā)建設。對于風電場，綜合場用電率=場用電量/機端發(fā)電量=（機端發(fā)電量-上網(wǎng)電量+下網(wǎng)電量）/機端發(fā)電量。風電場的上網(wǎng)電量是理論發(fā)電量考慮各種折減后的成果，其中包括空氣密度影響、氣候影響、機組利用率、尾流修正、線損及自用電損耗等折減，這里的線損及自用電損耗就是場用電量。目前大多數(shù)風電工程的可行性研究報告中，場用電量對發(fā)電量的影響系數(shù)按0.94計算，即人為按經(jīng)驗把綜合場用電率定義在6%。本文通過對風電場運行中各耗能環(huán)節(jié)的分析，整理出一套計算方法，結合實際工程計算出場用電量及綜合場用電率，并同實際測算結果相比較，驗證算法的正確性。

2　主要設備耗能計算方法

風電場運行中的損耗按照發(fā)電—匯集—送出這三個主要環(huán)節(jié)，包括風機、箱變、場內集電線路、升壓站內設備等的損耗。

風機內部用電設備主要有變槳電機、齒輪箱油泵、冷卻裝置電機、偏航電機、液壓油加熱系統(tǒng)、變流器、機艙及塔筒的照明等。風機額定功率通常要比標稱的功率大一些，其差值即用于抵消風機內部的自用電，而風機發(fā)電量的考核表設置在交流側出口，因此統(tǒng)計到的發(fā)電量已經(jīng)扣除了風機自用電損耗，本文亦不計算這部分。

2.1變壓器的電能損耗計算公式

運行中的變壓器電能損耗分為空載損耗和負載損耗兩個主要部分，風電場主要包括場內的箱式變壓器、升壓站內的主變壓器、站用變壓器和動態(tài)電壓無功補償裝置的連接變壓器，其損耗計算公式為：

式中：ΔW為電能損耗（kWh）；P0為變壓器空載損耗（kW）；T為變壓器年運行小時數(shù)（h）；Pk為變壓器負載損耗 （kW）；β為變壓器負載率；τ為變壓器年電能損耗小時數(shù)（h）。

2.2集電線路的電能損耗計算公式

集電線路的電能損耗主要包括風機出口至箱變低壓側的1 kV電纜的損耗，場內35 kV集電線路（架空線或地埋電纜）的損耗，集電線路終端桿至升壓站35 kV開關柜的電纜的損耗，計算公式為：

式中：I為導體相電流（A）；R為導體電阻率（Ω/km）；τ為集電線路年電能損耗小時數(shù)

（h）；L為線路長度 （km）。

在計算35 kV集電線路的損耗時，因每條集電線路上T接了多臺風機，所以每個T節(jié)點間的計算電流、線路長度、線路損耗均不一致，應采取各段分別計算，再累加求和。本文提出一種假設來簡化計算，假定每臺風機T接點間的間距一致，即若一條集電線路接有n臺風機，則此條線路被均分為n段，線路損耗公式為：

這里L為本條線路的長度，另外，線路中不同線徑的部分應各自分開計算再求和。

電纜線路的電能損耗還包含絕緣介質損耗，計算公式為：

式中：U為線路運行線電壓 （kV）；ω為角速度，ω=2πf；C為電纜每相工作電容（μF/km）；tgδ為介質損失角正切值。

3　結合實際工程計算

本文結合大安某風電場一期工程的實際情況進行計算。工程地址位于吉林大安市中部，規(guī)劃容量200MW，分四期建設。風電場內配套建設1座220 kV升壓變電站，一期工程裝機容量49.5MW，安裝33臺單機容量1.5MW風機，配套安裝33臺箱式變壓器，場內建設3條35 kV集電線路，每條集電線路接11臺風機。升壓站一期建設1臺100 MVA主變，220 kV出線1回，采用線路變壓器組接線。

根據(jù)該風電場2012年12月生產(chǎn)報表，該風場一期工程2012年全年發(fā)電9861萬kWh，上網(wǎng)電量9515 kWh，下網(wǎng)電量71.4萬kWh，場用電量417.4萬kWh，場用電率4.23%，發(fā)電設備平均利用小時數(shù)1992.12 h。

利用前文所述方法，將以上數(shù)據(jù)代入進行計算如下。

3.1變壓器的電能損耗

工程本期建設1臺主變，33臺箱變，2臺站用變，1臺無功補償連接變?？紤]風力發(fā)電出力并不均衡穩(wěn)定，主變及箱變運行小時數(shù)按全年扣除5 d檢修計列，主變及箱變電能損耗小時數(shù)按風電場滿負荷利用小時數(shù)計算，即設備運行在額定工況，站用變及無功補償連接變年電能損耗小時按本期工程其需要系數(shù)考慮。對于一期工程，主變負載率取0.5，箱變負載率取1，站用變負載率取0.4，無功補償連接變負載率0.01，各類變壓器電能損耗計算表見表1。

表1　各類變壓器電能損耗計算

3.2集電線路的電能損耗

工程本期建設35 kV架空線路共34.1 km， 35 kV電纜線路共2.32 km，1 kV電纜線路共5.28 km，集電線路電能損耗計算見表2。

表2　集電線路電能損耗計算

3.3無功補償裝置的電能損耗

工程本期建設1套容量為±10 Mvar的 SVG型動態(tài)電壓無功補償裝置。SVG運行時的電能損耗按其容量的1%計算，見表3。

表3　無功補償設備電能損耗計算

3.4消弧線圈的電能損耗

根據(jù)國家電網(wǎng)《關于印發(fā)風電并網(wǎng)運行反事故措施要點的通知》（2011［974］號）要求，經(jīng)消弧線圈接地的匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，應能可靠選線，快速切除。消弧線圈的電能損耗不計入總電能損耗中。

3.5共用工程系統(tǒng)的電能損耗

本工程升壓站為四期風電場共用，共用工程系統(tǒng)電能損耗按四期分攤折算到本期工程，其電能損耗計算見表4。

表4　共用工程系統(tǒng)電能損耗計算

3.6照明、采暖、通風等設備的電能損耗

升壓站采暖采用電采暖，考慮升壓站建設位置多為空曠野外，冬季風大且氣溫較低，按每年采暖6個月計算消耗的電能；空調只在夏季使用，按每年使用2個月計算消耗的電能，

電能損耗最終按四期分攤折算到本期工程，升壓站輔助生產(chǎn)及生活用電損耗計算見表5。

表5　升壓站輔助生產(chǎn)及生活用電損耗計算

3.7小結

本期工程主要耗能設備計算結果見表6。計算得到場用電量466.07萬kWh，計算場用電率4.73%。

表6　主要耗能設備損耗統(tǒng)計

4　分析與總結

本文通過結合實際工程對場用電量及場用電率進行了計算，與實際測量值對比：綜合場用電量的工程實際值為417.4萬kWh，計算值為466.07萬kWh；綜合場用電率的工程實際值為4.23%，計算值為4.73%。從對比結果可以看出，計算值與實際值偏差不大，驗證了本文提出的算法的正確性與可行性。同時對周邊風電場進行調查，各發(fā)電公司對場用電率指標的控制基本在4%～5%。

本文提出的場用電率計算方法已應用在省內部分風電工程《固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估報告表》的相關指標的計算，通過與評審專家探討，得到認可。并在今后編制風電工程的可行性研究報告，考慮場用電量對項目理論發(fā)電量折減系數(shù)的詳細計算時，提供理論支持，合理優(yōu)化并提高風電工程的上網(wǎng)電量。

［1］ DL/T 686-1999，電力網(wǎng)電能損耗計算導則［S］.

［2］ GB/T 6451-2008，油浸式電力變壓器技術參數(shù)和要求［S］.

［3］ GB/T 10228-2008，干式電力變壓器技術參數(shù)和要求［S］.

The Research on Compositive Power Consumption Rate in Wind Farm

ZHAO Yu-feng
（Jilin Electric Power Survey and Design Institute， Changchun 130022， China）

By analyzing and calculating the power loss in each part of wind farm operation， the compositive power consumption in wind farm can be got. Based on reasonable assumption， the paper presents a simplified algorithm of calculating the power loss in collector lines. Then combined with the actual project， calculate the compositive power consumption and the compositive power consumption rate， and compared with the actual measurements， verify the correctness of the algorithm.

wind farm； power loss； compositive power consumption rate.

TM614

B

1671-9913（2016）03-0077-04

2015-03-17

趙宇峰（1984- ），男，朝鮮族，吉林長春人，碩士，從事變電電氣設計。