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1上川風(fēng)電場整體可靠性設(shè)計

1.1電氣設(shè)備選擇

考慮到本工程的總裝機容量為85MW，變壓器選擇2臺容量為50000KVA，三相銅繞組自冷型油浸式無載調(diào)壓電力變壓器。設(shè)置這兩臺變壓器使得系統(tǒng)具有安全、可靠、靈活的特點，根據(jù)不同的風(fēng)力資源，選擇變壓器的運行狀況。在風(fēng)力較小的季節(jié)，風(fēng)力發(fā)電的電力有限，可投入1臺變壓器運行，這樣可以減少變壓器損耗并且降低風(fēng)電場的運行成本。在一臺變壓器發(fā)生故障需要檢修時，投切另一臺變壓器運行，確保電力的持續(xù)供應(yīng)，大大降低了風(fēng)電場全部出力的受阻率。

1.2過電壓保護及接地

在系統(tǒng)設(shè)計時，一般都會配有過電壓保護裝置，該裝置由過電壓保護器、微機控制技術(shù)及單相真空開關(guān)共同構(gòu)成一套自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒅行渣c非有效接地網(wǎng)的相間過電壓限制在電網(wǎng)能夠安全運行的電壓范圍之內(nèi)，即能使中性點非有效接地，又可以將過電壓限制在比較低的的水平，以上措施消除了電網(wǎng)過電壓對電網(wǎng)安全運行的威脅，提高了電網(wǎng)運行的安全性和可靠性。系統(tǒng)中真空接觸器在系統(tǒng)發(fā)生間歇性湖光接地時將高能限壓器投入到故障相，高能限壓器可以限制故障相的電壓，使故障相的相電壓維持在比較低的電壓等級，并且可以保證電弧的可靠熄滅，這種方法給電網(wǎng)的擴容和改建帶來了很大的方便。系統(tǒng)還會采用微控制器抑制過電壓，當(dāng)系統(tǒng)需要過電壓保護的時候，微控制器根據(jù)電壓互感器傳來的電壓信號進行判斷，查找故障點，選擇合理的解決辦法，發(fā)出指令，投入需要的設(shè)備解決問題。

1.3升壓站電氣設(shè)備布置

本工程的升壓站地處海島，有著較為惡劣的自然環(huán)境，考慮到主變設(shè)備的安全可靠地運行，采用主變壓器及采用戶內(nèi)布置方式的中性點設(shè)備。主變壓器為單層建筑，緊靠生產(chǎn)綜合樓與35KV配電裝置及110KV高壓配電裝置，方便聯(lián)系。110kVGIS高壓設(shè)備布置在生產(chǎn)綜合樓二樓，GIS本體設(shè)備布置在GIS室。GIS主變回路出線套管布置在相應(yīng)的主變壓器室平臺處，GIS套管與主變高壓套管采用軟導(dǎo)線連接。GIS出線則采用側(cè)面出線方式，GIS出線套管為戶外布置。35kV配電裝置設(shè)在生產(chǎn)綜合樓一層，開關(guān)柜采用雙列布置方式，二列開關(guān)柜中間設(shè)置操作通道。35kV開關(guān)柜與主變壓器套管連接采用共箱母線連接。

2風(fēng)電對電網(wǎng)的主要影響

2.1風(fēng)力發(fā)電機組對電網(wǎng)系統(tǒng)頻率的影響

風(fēng)力發(fā)電機組對電網(wǎng)系統(tǒng)頻率的影響，主要取決于風(fēng)力發(fā)電機組裝機容量占電網(wǎng)系統(tǒng)總?cè)萘康谋壤?。?dāng)風(fēng)力發(fā)電機組裝機容量在電網(wǎng)系統(tǒng)中所占比例較大時，風(fēng)機輸出功率的隨機波動性對電網(wǎng)頻率的影響顯著，同時影響電能質(zhì)量和頻率敏感負(fù)荷的正常工作。若風(fēng)力發(fā)電機組進一步大量投入，將要求電網(wǎng)系統(tǒng)中其他常規(guī)機組進一步加強頻率響應(yīng)能力，才能有效抑制頻率的波動。就目前情況，由于風(fēng)力發(fā)電機組出力的間歇性，當(dāng)發(fā)生大面積大風(fēng)條件下失速保護失去出力后，會導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)頻率突然降低。截至2012年底，廣東全省共有風(fēng)電場32家，風(fēng)電總裝機容量143萬千瓦，占統(tǒng)調(diào)總裝機容量1.4%。就目前情況，風(fēng)電占電網(wǎng)比例較低，并未對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性造成太大影響。

2.2風(fēng)力發(fā)電機組對電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的影響

風(fēng)力發(fā)電機組出力受風(fēng)速大小以及風(fēng)向變化等因素影響。同時，受風(fēng)資源分布的影響，上川風(fēng)電場與風(fēng)電場大多數(shù)風(fēng)場一樣，都不得不建設(shè)在電網(wǎng)的末端，因此電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較薄弱。在風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)運行時會影響電網(wǎng)系統(tǒng)的電源質(zhì)量以及電壓穩(wěn)定性。此外，現(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電機采用永磁電機還未成為主流，較多機組還是采用感應(yīng)發(fā)電機。因此，在風(fēng)力發(fā)電機組運行期間，其感應(yīng)發(fā)電機需要建立磁場。從電網(wǎng)系統(tǒng)角度分析，并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電機組是一個無功負(fù)荷。以采用雙饋機型V52-850kW的上川風(fēng)電場為例，從表格1可以看出，當(dāng)負(fù)荷達到30000kW時，即風(fēng)機平均負(fù)載為35%時已經(jīng)需要從網(wǎng)側(cè)吸收部分無功。當(dāng)負(fù)荷達到78091kW時，風(fēng)機需要從網(wǎng)側(cè)吸收17712kVar的無功，網(wǎng)側(cè)電壓明顯下降。

3針對發(fā)電組特征的可靠性設(shè)計

3.1應(yīng)對電網(wǎng)電壓緩慢變化—無功補償裝置

無論是雙饋風(fēng)力發(fā)電機還是直驅(qū)發(fā)電機，都受到變頻器的無功容量限制。所以必須采取相應(yīng)的無功補償裝置來平衡場內(nèi)的感性和容性無功，從而實現(xiàn)降低電網(wǎng)系統(tǒng)損耗，提高電網(wǎng)整體的經(jīng)濟性。一般通過就地投切和控制無功補償裝置來降低電網(wǎng)系統(tǒng)損耗，避免長線路輸送無功。從而實現(xiàn)提高功率因數(shù),降低電能線損率，增加電網(wǎng)線路有功功率的輸送比例。為了提高功率因數(shù)，上川風(fēng)電場設(shè)置有4組4200kVar可投切并聯(lián)電容補償裝置。

3.2應(yīng)對電網(wǎng)系統(tǒng)電壓突然下降低電壓穿越改造

電網(wǎng)系統(tǒng)在實際運行中比較容易出現(xiàn)不對稱短路等故障,且其中大多數(shù)的故障在繼電保護裝置的控制下，可以在<0.5s的時間內(nèi)能恢復(fù)。但在這段短暫的時間內(nèi),由于電網(wǎng)電壓突然大幅度下降,因此要求風(fēng)力發(fā)電機組必須在該時間內(nèi)作出對無功功率調(diào)整。以確保風(fēng)力發(fā)電機組不發(fā)生脫網(wǎng)故障,防止出現(xiàn)由電網(wǎng)波動引起大面積風(fēng)機停機導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量進一步惡化。假設(shè)在電網(wǎng)發(fā)生故障時，風(fēng)力發(fā)電機組沒有脫網(wǎng)。那么電網(wǎng)電壓大幅度下降,并網(wǎng)運行的發(fā)電機相當(dāng)于甩開負(fù)荷，轉(zhuǎn)矩變得非常小。同時定子側(cè)的磁鏈不能跟隨電壓突變,而轉(zhuǎn)速在慣性作用下沒有顯著變化,突變的滑差就致使轉(zhuǎn)子側(cè)過壓和過流。發(fā)電機表現(xiàn)出純電感電路特性，從系統(tǒng)中吸收大量的無功功率。沒有脫網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電機組在沒有無功功率的補充下將加劇電網(wǎng)電壓的崩潰。截止于2013年10月，上川風(fēng)電場所有的V52-850kW風(fēng)機已經(jīng)進行低電壓穿越升級。升級內(nèi)容包括對VCS控制器升級到CT318，更換變頻器以及對控制系統(tǒng)增加UPS。其原理是當(dāng)雙饋電機網(wǎng)側(cè)電壓突然下降的同時，VCS控制器通過變槳系統(tǒng)降低轉(zhuǎn)矩的輸入，同時限制轉(zhuǎn)子側(cè)電流實現(xiàn)保護變頻器以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子。

4總結(jié)

風(fēng)力發(fā)電機組的效率以及風(fēng)電場運行的可靠性與許多因素有關(guān)。由于風(fēng)機系統(tǒng)是一個隨天氣變化的系統(tǒng)，發(fā)展的方向?qū)遣捎蔑L(fēng)向風(fēng)速預(yù)報以及風(fēng)光互補等能量管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)電網(wǎng)的科學(xué)負(fù)荷調(diào)配。本文對上川島風(fēng)電場的運行狀況以及設(shè)備的可靠性進行分析，針對該地區(qū)的環(huán)境條件選擇合適的設(shè)備，對在運行中會發(fā)生故障的部分進行分析，安置保護測量裝置，為了便于發(fā)電廠的管理，對電氣設(shè)備布置進行優(yōu)化，使上川島風(fēng)電場能夠穩(wěn)定可靠運行。

作者：林勇單位：中廣核風(fēng)電公司華南分公司