曹延超

（青海綠電電力運(yùn)維技術(shù)有限公司，青海 西寧 810001）

1 沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)無功損耗的組成

（1）沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)中的箱式變壓器是一臺(tái)風(fēng)機(jī)、一臺(tái)箱式變壓器，可以把風(fēng)機(jī)電壓從690 V升到35 kV。沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)共有8臺(tái)風(fēng)機(jī)、8臺(tái)箱式變壓器。（2）沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)35 kV輸線路與集電線路：運(yùn)用箱式變壓器經(jīng)過集電線路把風(fēng)機(jī)電力送到風(fēng)電場(chǎng)開關(guān)站3520開關(guān)，在經(jīng)過3521開關(guān)到西臺(tái)變電所（3521到西臺(tái)變距離15.1 km）。

2 計(jì)算沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)的無功損耗

例如，先計(jì)算一下共和沙珠峪風(fēng)電場(chǎng)的無功損耗，沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)共8臺(tái)風(fēng)機(jī)的總?cè)萘渴?4 MW。里邊的2臺(tái)是使用聯(lián)合動(dòng)力公司生產(chǎn)的單機(jī)容量1 500 kW的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組，2臺(tái)采用東汽公司生產(chǎn)的單機(jī)容量1 500 kW雙饋異步風(fēng)電機(jī)組，4臺(tái)采用湘電公司出廠的直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量是2 000 kW，采用變槳方式、變速來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)功率，永磁發(fā)電機(jī)與雙饋異步發(fā)電機(jī)是發(fā)電機(jī)的兩種類型。沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)一個(gè)35 kV開關(guān)站，開關(guān)站用一回15.1 km LGJ-95型號(hào)的35 kV送電線路接入西臺(tái)變電站。

箱式變壓器無功損耗計(jì)算公式：

式中：XT*—變壓器電抗的標(biāo)幺值；

XT—變壓器電抗的有名值；

Se—變壓器的固定容量；

Sj—系統(tǒng)基準(zhǔn)功率；

Ue—額定電壓；

Uj—基準(zhǔn)電壓；

P—有功功率；

Q—無功功率；

ΔQT—變壓器的無功損耗；

I0%—變壓器的空載電流；

Uk%—變壓器的短路電壓；

N—變壓器并列運(yùn)行的臺(tái)數(shù)。

35 kV線路無功損耗的計(jì)算公式：

式中：Q—線路無功損耗；

X—線路電抗；

P—有功功率；

Q—無功功率；

U—系統(tǒng)電壓。

沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)35 kV開關(guān)站到西臺(tái)變電所的送出線路是15.1 km，送出線路的電纜是LGJ-185D的電纜， LGJ-185電纜的電抗值是X=0.365/km×15.1=5.512。

風(fēng)電場(chǎng)送出線路功率損耗和壓降的公式如下：

式中：ΔS、ΔU分別為線路的功率損耗和電壓降；R+JX—線路的電抗；U2、P2和Q2分別為風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、有功和無功，其中，有功功率方向?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)側(cè)流向系統(tǒng)側(cè)。在公式（6）中，一般虛部可忽略不計(jì)，值得注意的是在實(shí)部中，若考慮風(fēng)電場(chǎng)出口功率因數(shù)為1.0，則P2和Q2的方向相反，也正是由于方向相反，ΔU比P2和Q2的方向相同的情況下要小，也就是說想要使風(fēng)電場(chǎng)到并網(wǎng)點(diǎn)的壓降最小，風(fēng)電送出線路的有功和無功最好方向相反。同時(shí)，由于送電線路的電抗比電阻要大，只要從系統(tǒng)側(cè)倒送很少一部分無功就可以保證系統(tǒng)的電壓要求。

經(jīng)過計(jì)算沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)8臺(tái)箱式變壓器的總無功損耗大約為640 kvar，35 kV輸電線路的無功損耗大約為850 kvar，沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)總的無功損耗大約在1 380 kvar，考慮到風(fēng)機(jī)本身可發(fā)無功，沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)總的無功損耗計(jì)算應(yīng)該減去風(fēng)機(jī)本身可發(fā)的無功容量。

沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)三個(gè)廠家(聯(lián)合動(dòng)力UP86-1500型風(fēng)機(jī)的功率因數(shù)是-0.95～0.95、東汽FD93型風(fēng)機(jī)的功率因數(shù)0.975、湘電XE93-2000型風(fēng)機(jī)的功率因數(shù)是0.93～1，進(jìn)行無功配置時(shí)應(yīng)充分考慮利用風(fēng)機(jī)發(fā)出的無功，風(fēng)電場(chǎng)8臺(tái)風(fēng)機(jī)自身發(fā)出的無功就可以滿足沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)的無功損耗的要求，可以不用另外配置無功補(bǔ)償裝置。

現(xiàn)在沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)配置的無功補(bǔ)償SVC-MCR系統(tǒng)的額定容量為4 000 kvar，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償容量過大，35 kV開關(guān)站配置的電容器的系統(tǒng)額定電壓最高為38.5 kV，沙珠玉風(fēng)電場(chǎng)35 kV送出線路電壓已經(jīng)很高達(dá)到38 kV左右，投入無功補(bǔ)償后系統(tǒng)電壓更高，超過電容器額定電壓最高值時(shí)會(huì)造成電容器保護(hù)過電壓保護(hù)動(dòng)作開關(guān)跳閘。開關(guān)的頻繁動(dòng)作就會(huì)造成開關(guān)跳合閘線圈的燒壞（3531開關(guān)的跳閘線圈、F10輔助開關(guān)的燒毀就是以上原因造成的），綜合以上數(shù)據(jù)分析得到結(jié)論，如果投運(yùn)無功補(bǔ)償裝置，會(huì)造成風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行費(fèi)增高，設(shè)備損壞故障率增加，維護(hù)成本增加等弊端。因此，建議暫時(shí)不要投入無功補(bǔ)償裝置，等風(fēng)電場(chǎng)擴(kuò)建風(fēng)機(jī)，容量增加需要投入無功補(bǔ)償時(shí)再投入裝置。

接入電力系統(tǒng)后的風(fēng)電場(chǎng)，動(dòng)態(tài)過程中無功吸收系統(tǒng)引起的電壓降低是最令人擔(dān)憂的問題，使系統(tǒng)的平穩(wěn)性受到威脅。文獻(xiàn)[1]規(guī)定了風(fēng)機(jī)的低壓穿越，但沒有相關(guān)的資料來說明風(fēng)電場(chǎng)在低壓過程中的狀態(tài)。不一樣的風(fēng)機(jī)廠家生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)特點(diǎn)肯定是不一樣的，唯一有相似之處的就是低電壓。無功電流與有功電流都是由風(fēng)機(jī)發(fā)出的電流，電流風(fēng)電場(chǎng)的極限值就是有功電流和無功電流，

當(dāng)電壓降到50%時(shí)，如果系統(tǒng)電壓降低1%，無功電流增加2%，風(fēng)機(jī)的無功電流比正常值增加40%。Al模式，即此時(shí)風(fēng)機(jī)的有功輸出大幅下降，無功電流注入系統(tǒng)以支持系統(tǒng)電壓。因此，在動(dòng)態(tài)降壓過程中，風(fēng)機(jī)不吸收系統(tǒng)的無功功率，風(fēng)電場(chǎng)開關(guān)站不需要增加無功功率來應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)過程，功率補(bǔ)償能力。

3 結(jié)語

（1）需要計(jì)算才能算出無功補(bǔ)償?shù)娜萘?。不可以按照風(fēng)電場(chǎng)的比例配置。需要首先運(yùn)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身的無功功率。

（2）風(fēng)電場(chǎng)無功損耗容量為集電線路、饋電線、升壓站箱式變壓器、升壓變壓器，減去風(fēng)機(jī)本身的無功容量。

（3）需要依據(jù)整體的情況進(jìn)行研究計(jì)算，風(fēng)電場(chǎng)輸電線路的無功補(bǔ)償是否需要補(bǔ)償，需要綜合研究無功補(bǔ)償，對(duì)系統(tǒng)變電所側(cè)一定容量的無功進(jìn)行補(bǔ)償是最適合的補(bǔ)償方法。

（4）當(dāng)系統(tǒng)故障出現(xiàn)電壓降低這種情況時(shí)，無功電流加大，風(fēng)機(jī)的有功電流變小，風(fēng)電場(chǎng)開關(guān)站不需要預(yù)留相應(yīng)的無功功率來應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)過程。