赵宇峰

（吉林省电力勘测设计院，吉林 长春 130022）

风电场综合场用电率的研究

赵宇峰

（吉林省电力勘测设计院，吉林 长春 130022）

本文通过对风电场运行中各耗能环节的分析计算，得到风电场综合场用电量。并在合理假设的基础上，提出一种计算集电线路电能损耗的简化方法。再结合实际工程计算出场用电量及综合场用电率，并同实际测算结果相比较，验证算法的正确性。

风电场；电能损耗；综合场用电率。

1　概述

风能是清洁的可再生能源，是我国有待加强开发的新型资源。建设风电工程，利用清洁能源，是实施能源可持续发展的有效途径，同时也有利于生态与环境保护。降低风电场运行中的能源消耗，降低综合场用电率，提高上网电量，也提高了发电企业的经济效益，有利于推动风电工程的开发建设。对于风电场，综合场用电率=场用电量/机端发电量=（机端发电量-上网电量+下网电量）/机端发电量。风电场的上网电量是理论发电量考虑各种折减后的成果，其中包括空气密度影响、气候影响、机组利用率、尾流修正、线损及自用电损耗等折减，这里的线损及自用电损耗就是场用电量。目前大多数风电工程的可行性研究报告中，场用电量对发电量的影响系数按0.94计算，即人为按经验把综合场用电率定义在6%。本文通过对风电场运行中各耗能环节的分析，整理出一套计算方法，结合实际工程计算出场用电量及综合场用电率，并同实际测算结果相比较，验证算法的正确性。

2　主要设备耗能计算方法

风电场运行中的损耗按照发电—汇集—送出这三个主要环节，包括风机、箱变、场内集电线路、升压站内设备等的损耗。

风机内部用电设备主要有变桨电机、齿轮箱油泵、冷却装置电机、偏航电机、液压油加热系统、变流器、机舱及塔筒的照明等。风机额定功率通常要比标称的功率大一些，其差值即用于抵消风机内部的自用电，而风机发电量的考核表设置在交流侧出口，因此统计到的发电量已经扣除了风机自用电损耗，本文亦不计算这部分。

2.1变压器的电能损耗计算公式

运行中的变压器电能损耗分为空载损耗和负载损耗两个主要部分，风电场主要包括场内的箱式变压器、升压站内的主变压器、站用变压器和动态电压无功补偿装置的连接变压器，其损耗计算公式为：

式中：ΔW为电能损耗（kWh）；P0为变压器空载损耗（kW）；T为变压器年运行小时数（h）；Pk为变压器负载损耗 （kW）；β为变压器负载率；τ为变压器年电能损耗小时数（h）。

2.2集电线路的电能损耗计算公式

集电线路的电能损耗主要包括风机出口至箱变低压侧的1 kV电缆的损耗，场内35 kV集电线路（架空线或地埋电缆）的损耗，集电线路终端杆至升压站35 kV开关柜的电缆的损耗，计算公式为：

式中：I为导体相电流（A）；R为导体电阻率（Ω/km）；τ为集电线路年电能损耗小时数

（h）；L为线路长度 （km）。

在计算35 kV集电线路的损耗时，因每条集电线路上T接了多台风机，所以每个T节点间的计算电流、线路长度、线路损耗均不一致，应采取各段分别计算，再累加求和。本文提出一种假设来简化计算，假定每台风机T接点间的间距一致，即若一条集电线路接有n台风机，则此条线路被均分为n段，线路损耗公式为：

这里L为本条线路的长度，另外，线路中不同线径的部分应各自分开计算再求和。

电缆线路的电能损耗还包含绝缘介质损耗，计算公式为：

式中：U为线路运行线电压 （kV）；ω为角速度，ω=2πf；C为电缆每相工作电容（μF/km）；tgδ为介质损失角正切值。

3　结合实际工程计算

本文结合大安某风电场一期工程的实际情况进行计算。工程地址位于吉林大安市中部，规划容量200MW，分四期建设。风电场内配套建设1座220 kV升压变电站，一期工程装机容量49.5MW，安装33台单机容量1.5MW风机，配套安装33台箱式变压器，场内建设3条35 kV集电线路，每条集电线路接11台风机。升压站一期建设1台100 MVA主变，220 kV出线1回，采用线路变压器组接线。

根据该风电场2012年12月生产报表，该风场一期工程2012年全年发电9861万kWh，上网电量9515 kWh，下网电量71.4万kWh，场用电量417.4万kWh，场用电率4.23%，发电设备平均利用小时数1992.12 h。

利用前文所述方法，将以上数据代入进行计算如下。

3.1变压器的电能损耗

工程本期建设1台主变，33台箱变，2台站用变，1台无功补偿连接变。考虑风力发电出力并不均衡稳定，主变及箱变运行小时数按全年扣除5 d检修计列，主变及箱变电能损耗小时数按风电场满负荷利用小时数计算，即设备运行在额定工况，站用变及无功补偿连接变年电能损耗小时按本期工程其需要系数考虑。对于一期工程，主变负载率取0.5，箱变负载率取1，站用变负载率取0.4，无功补偿连接变负载率0.01，各类变压器电能损耗计算表见表1。

表1　各类变压器电能损耗计算

3.2集电线路的电能损耗

工程本期建设35 kV架空线路共34.1 km， 35 kV电缆线路共2.32 km，1 kV电缆线路共5.28 km，集电线路电能损耗计算见表2。

表2　集电线路电能损耗计算

3.3无功补偿装置的电能损耗

工程本期建设1套容量为±10 Mvar的 SVG型动态电压无功补偿装置。SVG运行时的电能损耗按其容量的1%计算，见表3。

表3　无功补偿设备电能损耗计算

3.4消弧线圈的电能损耗

根据国家电网《关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知》（2011［974］号）要求，经消弧线圈接地的汇集线系统发生单相接地故障时，应能可靠选线，快速切除。消弧线圈的电能损耗不计入总电能损耗中。

3.5共用工程系统的电能损耗

本工程升压站为四期风电场共用，共用工程系统电能损耗按四期分摊折算到本期工程，其电能损耗计算见表4。

表4　共用工程系统电能损耗计算

3.6照明、采暖、通风等设备的电能损耗

升压站采暖采用电采暖，考虑升压站建设位置多为空旷野外，冬季风大且气温较低，按每年采暖6个月计算消耗的电能；空调只在夏季使用，按每年使用2个月计算消耗的电能，

电能损耗最终按四期分摊折算到本期工程，升压站辅助生产及生活用电损耗计算见表5。

表5　升压站辅助生产及生活用电损耗计算

3.7小结

本期工程主要耗能设备计算结果见表6。计算得到场用电量466.07万kWh，计算场用电率4.73%。

表6　主要耗能设备损耗统计

4　分析与总结

本文通过结合实际工程对场用电量及场用电率进行了计算，与实际测量值对比：综合场用电量的工程实际值为417.4万kWh，计算值为466.07万kWh；综合场用电率的工程实际值为4.23%，计算值为4.73%。从对比结果可以看出，计算值与实际值偏差不大，验证了本文提出的算法的正确性与可行性。同时对周边风电场进行调查，各发电公司对场用电率指标的控制基本在4%～5%。

本文提出的场用电率计算方法已应用在省内部分风电工程《固定资产投资项目节能评估报告表》的相关指标的计算，通过与评审专家探讨，得到认可。并在今后编制风电工程的可行性研究报告，考虑场用电量对项目理论发电量折减系数的详细计算时，提供理论支持，合理优化并提高风电工程的上网电量。

［1］ DL/T 686-1999，电力网电能损耗计算导则［S］.

［2］ GB/T 6451-2008，油浸式电力变压器技术参数和要求［S］.

［3］ GB/T 10228-2008，干式电力变压器技术参数和要求［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

赵宇峰（1984- ），男，朝鲜族，吉林长春人，硕士，从事变电电气设计。