風(fēng)電場(chǎng)綜合場(chǎng)用電率的研究

趙宇峰

（吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，吉林 長春 130022）

風(fēng)電場(chǎng)綜合場(chǎng)用電率的研究

趙宇峰

（吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，吉林 長春 130022）

本文通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中各耗能環(huán)節(jié)的分析計(jì)算，得到風(fēng)電場(chǎng)綜合場(chǎng)用電量。并在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上，提出一種計(jì)算集電線路電能損耗的簡(jiǎn)化方法。再結(jié)合實(shí)際工程計(jì)算出場(chǎng)用電量及綜合場(chǎng)用電率，并同實(shí)際測(cè)算結(jié)果相比較，驗(yàn)證算法的正確性。

風(fēng)電場(chǎng)；電能損耗；綜合場(chǎng)用電率。

1　概述

風(fēng)能是清潔的可再生能源，是我國有待加強(qiáng)開發(fā)的新型資源。建設(shè)風(fēng)電工程，利用清潔能源，是實(shí)施能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，同時(shí)也有利于生態(tài)與環(huán)境保護(hù)。降低風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中的能源消耗，降低綜合場(chǎng)用電率，提高上網(wǎng)電量，也提高了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有利于推動(dòng)風(fēng)電工程的開發(fā)建設(shè)。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)，綜合場(chǎng)用電率=場(chǎng)用電量/機(jī)端發(fā)電量=（機(jī)端發(fā)電量-上網(wǎng)電量+下網(wǎng)電量）/機(jī)端發(fā)電量。風(fēng)電場(chǎng)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(jī)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(chǎng)用電量。目前大多數(shù)風(fēng)電工程的可行性研究報(bào)告中，場(chǎng)用電量對(duì)發(fā)電量的影響系數(shù)按0.94計(jì)算，即人為按經(jīng)驗(yàn)把綜合場(chǎng)用電率定義在6%。本文通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中各耗能環(huán)節(jié)的分析，整理出一套計(jì)算方法，結(jié)合實(shí)際工程計(jì)算出場(chǎng)用電量及綜合場(chǎng)用電率，并同實(shí)際測(cè)算結(jié)果相比較，驗(yàn)證算法的正確性。

2　主要設(shè)備耗能計(jì)算方法

風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中的損耗按照發(fā)電—匯集—送出這三個(gè)主要環(huán)節(jié)，包括風(fēng)機(jī)、箱變、場(chǎng)內(nèi)集電線路、升壓站內(nèi)設(shè)備等的損耗。

風(fēng)機(jī)內(nèi)部用電設(shè)備主要有變槳電機(jī)、齒輪箱油泵、冷卻裝置電機(jī)、偏航電機(jī)、液壓油加熱系統(tǒng)、變流器、機(jī)艙及塔筒的照明等。風(fēng)機(jī)額定功率通常要比標(biāo)稱的功率大一些，其差值即用于抵消風(fēng)機(jī)內(nèi)部的自用電，而風(fēng)機(jī)發(fā)電量的考核表設(shè)置在交流側(cè)出口，因此統(tǒng)計(jì)到的發(fā)電量已經(jīng)扣除了風(fēng)機(jī)自用電損耗，本文亦不計(jì)算這部分。

2.1變壓器的電能損耗計(jì)算公式

運(yùn)行中的變壓器電能損耗分為空載損耗和負(fù)載損耗兩個(gè)主要部分，風(fēng)電場(chǎng)主要包括場(chǎng)內(nèi)的箱式變壓器、升壓站內(nèi)的主變壓器、站用變壓器和動(dòng)態(tài)電壓無功補(bǔ)償裝置的連接變壓器，其損耗計(jì)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(yùn)行小時(shí)數(shù)（h）；Pk為變壓器負(fù)載損耗 （kW）；β為變壓器負(fù)載率；τ為變壓器年電能損耗小時(shí)數(shù)（h）。

2.2集電線路的電能損耗計(jì)算公式

集電線路的電能損耗主要包括風(fēng)機(jī)出口至箱變低壓側(cè)的1 kV電纜的損耗，場(chǎng)內(nèi)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(guān)柜的電纜的損耗，計(jì)算公式為：

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

（h）；L為線路長度 （km）。

在計(jì)算35 kV集電線路的損耗時(shí)，因每條集電線路上T接了多臺(tái)風(fēng)機(jī)，所以每個(gè)T節(jié)點(diǎn)間的計(jì)算電流、線路長度、線路損耗均不一致，應(yīng)采取各段分別計(jì)算，再累加求和。本文提出一種假設(shè)來簡(jiǎn)化計(jì)算，假定每臺(tái)風(fēng)機(jī)T接點(diǎn)間的間距一致，即若一條集電線路接有n臺(tái)風(fēng)機(jī)，則此條線路被均分為n段，線路損耗公式為：

這里L(fēng)為本條線路的長度，另外，線路中不同線徑的部分應(yīng)各自分開計(jì)算再求和。

電纜線路的電能損耗還包含絕緣介質(zhì)損耗，計(jì)算公式為：

式中：U為線路運(yùn)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(zhì)損失角正切值。

3　結(jié)合實(shí)際工程計(jì)算

本文結(jié)合大安某風(fēng)電場(chǎng)一期工程的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)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(shè)。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)配套建設(shè)1座220 kV升壓變電站，一期工程裝機(jī)容量49.5MW，安裝33臺(tái)單機(jī)容量1.5MW風(fēng)機(jī)，配套安裝33臺(tái)箱式變壓器，場(chǎng)內(nèi)建設(shè)3條35 kV集電線路，每條集電線路接11臺(tái)風(fēng)機(jī)。升壓站一期建設(shè)1臺(tái)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(fēng)電場(chǎng)2012年12月生產(chǎn)報(bào)表，該風(fēng)場(chǎng)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(chǎng)用電量417.4萬kWh，場(chǎng)用電率4.23%，發(fā)電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)1992.12 h。

利用前文所述方法，將以上數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算如下。

3.1變壓器的電能損耗

工程本期建設(shè)1臺(tái)主變，33臺(tái)箱變，2臺(tái)站用變，1臺(tái)無功補(bǔ)償連接變?？紤]風(fēng)力發(fā)電出力并不均衡穩(wěn)定，主變及箱變運(yùn)行小時(shí)數(shù)按全年扣除5 d檢修計(jì)列，主變及箱變電能損耗小時(shí)數(shù)按風(fēng)電場(chǎng)滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)計(jì)算，即設(shè)備運(yùn)行在額定工況，站用變及無功補(bǔ)償連接變年電能損耗小時(shí)按本期工程其需要系數(shù)考慮。對(duì)于一期工程，主變負(fù)載率取0.5，箱變負(fù)載率取1，站用變負(fù)載率取0.4，無功補(bǔ)償連接變負(fù)載率0.01，各類變壓器電能損耗計(jì)算表見表1。

表1　各類變壓器電能損耗計(jì)算

3.2集電線路的電能損耗

工程本期建設(shè)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(jì)算見表2。

表2　集電線路電能損耗計(jì)算

3.3無功補(bǔ)償裝置的電能損耗

工程本期建設(shè)1套容量為±10 Mvar的 SVG型動(dòng)態(tài)電壓無功補(bǔ)償裝置。SVG運(yùn)行時(shí)的電能損耗按其容量的1%計(jì)算，見表3。

表3　無功補(bǔ)償設(shè)備電能損耗計(jì)算

3.4消弧線圈的電能損耗

根據(jù)國家電網(wǎng)《關(guān)于印發(fā)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)的通知》（2011［974］號(hào)）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(shí)，應(yīng)能可靠選線，快速切除。消弧線圈的電能損耗不計(jì)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(fēng)電場(chǎng)共用，共用工程系統(tǒng)電能損耗按四期分?jǐn)傉鬯愕奖酒诠こ?，其電能損耗計(jì)算見表4。

表4　共用工程系統(tǒng)電能損耗計(jì)算

3.6照明、采暖、通風(fēng)等設(shè)備的電能損耗

升壓站采暖采用電采暖，考慮升壓站建設(shè)位置多為空曠野外，冬季風(fēng)大且氣溫較低，按每年采暖6個(gè)月計(jì)算消耗的電能；空調(diào)只在夏季使用，按每年使用2個(gè)月計(jì)算消耗的電能，

電能損耗最終按四期分?jǐn)傉鬯愕奖酒诠こ?，升壓站輔助生產(chǎn)及生活用電損耗計(jì)算見表5。

表5　升壓站輔助生產(chǎn)及生活用電損耗計(jì)算

3.7小結(jié)

本期工程主要耗能設(shè)備計(jì)算結(jié)果見表6。計(jì)算得到場(chǎng)用電量466.07萬kWh，計(jì)算場(chǎng)用電率4.73%。

表6　主要耗能設(shè)備損耗統(tǒng)計(jì)

4　分析與總結(jié)

本文通過結(jié)合實(shí)際工程對(duì)場(chǎng)用電量及場(chǎng)用電率進(jìn)行了計(jì)算，與實(shí)際測(cè)量值對(duì)比：綜合場(chǎng)用電量的工程實(shí)際值為417.4萬kWh，計(jì)算值為466.07萬kWh；綜合場(chǎng)用電率的工程實(shí)際值為4.23%，計(jì)算值為4.73%。從對(duì)比結(jié)果可以看出，計(jì)算值與實(shí)際值偏差不大，驗(yàn)證了本文提出的算法的正確性與可行性。同時(shí)對(duì)周邊風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，各發(fā)電公司對(duì)場(chǎng)用電率指標(biāo)的控制基本在4%～5%。

本文提出的場(chǎng)用電率計(jì)算方法已應(yīng)用在省內(nèi)部分風(fēng)電工程《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估報(bào)告表》的相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算，通過與評(píng)審專家探討，得到認(rèn)可。并在今后編制風(fēng)電工程的可行性研究報(bào)告，考慮場(chǎng)用電量對(duì)項(xiàng)目理論發(fā)電量折減系數(shù)的詳細(xì)計(jì)算時(shí)，提供理論支持，合理優(yōu)化并提高風(fēng)電工程的上網(wǎng)電量。

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

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

［3］ GB/T 10228-2008，干式電力變壓器技術(shù)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(shè)計(jì)。