马润芝

摘要：本文主要结合部分地区风电场实际运行情况就无功补偿设计的一些要点作了分析和探讨。

关键词：风电场；无功补偿；设计

中图分类号： S611 文献标识码： A

《可再生能源法》已经实施，风电场进入一个大规模建设阶段。国家发改委风电特许权项目的实施，一批装机容量在10万kW以上的大型风电场将陆续建成。本文主要以新疆风电场应用为例,并结合当前新疆电网的实际运行情况，就5万kW风电场无功补偿设计的重点做一些探讨。

1风电场无功补偿设计分析

1.1风电场无功补偿设计要求

根据GB/Z 19963-2005《风电场接入电力系统技术规定》，风电场无功容量的目的是保证风电场并网点的电压水平和电压质量。风电场无功功率的调节范围和响应速度，需要根据风力发电机组运行特性、电网结构和特点决定，应满足风电场并网点电压调节的要求。

2风电场的无功补偿方式对比

表1 风电场无功无功补偿方式及技术特点

线性调节

无功电源

有载调压无功调节装置，通过改变固定电容器两端电压调节电容出力。根据Q=2πfCU2原理通过改变电容器端电压来调节无功输出,电容器固定接入不分组，而其输出容量可从（100～25）%分九级输出。静止无功发生器（SVG）原理是直接电流控制，等效为一受控的电流源。既可以发容性无功，又可以发感性无功。下表2是对联几种常见无功补偿技术的比较。

表2无功补偿技术比较

3无功补偿容量计算

《风电场接入电网技术规定》对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功容量除能够补偿并网点以下风电场汇集系统及主变压器的感性无功损耗外，还要能够补偿风电场满发时送出线路一半的感性无功损耗；其风电场配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路一半的充电无功功率。目前新疆电网110kV升压站多采用2台50MVA主变，因此，本报告以2台50MVA主变为例进行无功补偿的计算。

风电场升压站110／35kV双卷主变2台，每台50MVA：电压比为115±8×1.25%／36.5kV；短路阻抗：10.5%，i0%＝0.70%； 33台箱变，每台1.6MVA：电压比为36.5±2×2.5%／0.69kV；短路阻抗：6.5%，i0%＝0.35%； 35kV线路LGJ-240， R0＝0.132Ω，X0＝0.36Ω；110kV线路LGJ-240， R0＝0.132Ω，X0＝0.388Ω，输送功率PL＋jQL＝98＋j0；双卷主变每台：P1＋jQ1＝49.5＋j0。

计算如下：

（1）变压器无功损耗

△Q0＝i0%·SE／100＝0.007×50＝0.35Mvar

△Q铜＝（S／Se）2×（Ud1%·Se／100）＝（49.5÷50）2×（0.105

×50）＝5.15Mvar

△QB＝5.15＋0.35＝5.50Mvar

（2）箱变

△Q0＝i0%·SE／100＝0.0035×1.6＝0.0056Mvar

△Q铜＝（S／Se）2×（Ud1%·Se／100）＝（1.5÷1.6）2×0.065×1.6＝0.0914 Mvar

小计：△Q＝0.0914＋0.0056＝0.097Mvar

33台共0.097×33＝3.201Mvar

（3）集电线路无功损耗

假设通过集电线路的功率COSφ=1，每期49.5MW，共3回，每回集电线路带11台风机，无功损耗计算如下：

△Q＝∑(P2i＋Q2i)i＝n-2／U2·X行＋(P2L2＋Q2L2)／U2·XL＝[（1.52＋32＋4.52＋62＋7.52＋92＋10.52＋122＋13.52＋152）÷36.52×0.35＋16.52÷36.52×1]×0.36＝0.082＋0.073＝0.155Mvar

△Q集＝3×△Q =3×0.155＝0.465Mvar

（4）110kV线路无功损耗

导线LGJ-240，长10km

输送功率99MW，分摊到每期49.5MW风场：

△Q110＝(P2＋Q2)／1102×XL＝(992＋02)／1152×10×0.388/2＝1.44Mvar

按线路50%长度计无功损耗为：0.72Mvar；

按线路50%长度计充电功率为：0.034×10/2＝0.17Mvar

计算线路无功损耗：0.72－0.17＝0.55Mvar

单回110kV线路不同输电线路长度无功损耗如下表3所示。

表3单回110kV线路不同输电线路长度无功损耗

（5）单台50MVA主变容性无功补偿容量

表4不同送出线路长度下单台50MVA主变容性补偿容量

新疆风能资源丰富的地区多位于电网末端，电网结构较为薄弱，缺乏大型火电、水电装机，风电大出力的情况下电网电压偏低；风电小出力的情况下电网电压偏高，特别是三塘湖地区风电已有风机因为电网电压偏高而脱网的情况。考虑到上述情况并结合当前已投运风电场无功补偿设备形式，推荐风电场采用SVG型动态无功补偿设备。

结合表“不同送出线路长度下单台50MVA主变容性补偿容量”本报告推荐风电场送出线路长度小于30km，采用（-12～+12）Mvar的SVG，送出线路大于30km并小于等于60km，采用（-14～+14）Mvar的SVG。

参考文献：

[1] 梁泰山.浅谈电力系统电压与无功补偿的问题[J].建筑工程技术与设计,2013,(5):175-175,178.

[2] 黄日茂.风力发电无功补偿技术发展趋势与重要性分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2012,(28).

[3] 曾国扬.浅议无功功率在电力系统中的应用[J].科技资讯,2010,(18):139-139.DOI:10.3969/j.issn.1672-3791.2010.18.117.