《GB51096風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設計規范》自頒發(fā)并實(shí)施已將近三年，主要內容包括：風(fēng)能資源及發(fā)電量計算、電力系統、風(fēng)力發(fā)電機組、電氣、輔助及附屬設施、建筑結構、環(huán)境保護與水土保持、消防、海上風(fēng)電場(chǎng)等等章節，內容多但精煉，條文雜但精簡(jiǎn)，鑒于部分從業(yè)人員對本規范部分條文不甚了了，筆者不才，根據多年工作設計經(jīng)驗，愿就所知，以表己見(jiàn)，如有不當，煩請指正。

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《GB51096風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設計規范》疑難條文解讀(二)

5.2.2風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應符合下列規定：

3無(wú)功容量應符合下列規定：

1）風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的無(wú)功容量應按照分（電壓）層和分（電）區基本平衡的原則進(jìn)行配置，并應滿(mǎn)足檢修備用的要求，同時(shí)應與電能質(zhì)量治理的設備配置相協(xié)調；

2）風(fēng)力發(fā)電機組應滿(mǎn)足功率因數在超前0.95到滯后0.95的范圍內動(dòng)態(tài)可調，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應充分利用風(fēng)力發(fā)電機的無(wú)功容量及其調節能力；

3）當風(fēng)力發(fā)電機組的無(wú)功容量不能滿(mǎn)足電力系統電壓調節需要時(shí)，應在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)集中加裝適當容量的分組頭切的無(wú)功補償裝置，必要時(shí)應加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置；

4）風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應配置無(wú)功電壓控制系統，且應具備無(wú)功功率調節及電壓控制能力；

5）在電力系統正常運行和非正常運行情況下，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)無(wú)功補償的調節速度和控制精度應能滿(mǎn)足電力系統電壓調節的要求，且應與風(fēng)電機組高電壓穿越能力相匹配。

解讀：無(wú)功電源的安排，應在電力系統有功規劃的基礎上，同時(shí)進(jìn)行無(wú)功規劃。原則上應使無(wú)功就地分區分層基本平衡，按地區補償無(wú)功負荷，就地補償變壓器及線(xiàn)路等的無(wú)功損耗，并應隨負荷（或電壓）變化就行調整，避免經(jīng)長(cháng)距離線(xiàn)路或多級變壓器傳送無(wú)功功率，以減少由于無(wú)功功率的傳輸而引起電網(wǎng)的有功損耗，達到降損節能?？傉緹o(wú)功容量的大小，要考慮到某些無(wú)功電源檢修時(shí)仍然滿(mǎn)足場(chǎng)站對無(wú)功需求的能力，統籌規劃，同時(shí)應與電能質(zhì)量治理設備配置相協(xié)調。根據國家電網(wǎng)公司《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統技術(shù)規定（GB/T 19963）》，風(fēng)電場(chǎng)電壓無(wú)功控制基本要求是：風(fēng)電場(chǎng)應配置無(wú)功電壓控制系統，具備無(wú)功功率調節及電壓控制能力。根據電力系統調度機構指令，風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)調節其發(fā)出（或吸收）的無(wú)功功率，實(shí)現對風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的控制，其調節速度和控制精度應能滿(mǎn)足電力系統電壓調節的要求。其控制目標為：當公共電網(wǎng)電壓處于正常范圍內時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應當能夠控制風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在標稱(chēng)電壓97%—107%范圍內。

風(fēng)力發(fā)電機組應滿(mǎn)足功率因數在超前0.95到滯后0.95的范圍內動(dòng)態(tài)可調，即風(fēng)電機組功率因數為超前0.95時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機應發(fā)出容性無(wú)功（或吸收感性無(wú)功）；在功率因數為滯后0.95時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機應發(fā)出感性無(wú)功（吸收容性無(wú)功）。舉例如下，以1.5MW機組來(lái)說(shuō)，當風(fēng)電機組時(shí)，此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機吸收的感性無(wú)功；當風(fēng)電機組=0.95時(shí)，此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的感性無(wú)功；而風(fēng)機功率因數具體為多少，應以風(fēng)機功率控制系統決定，而風(fēng)機功率控制系統又受場(chǎng)站AVC（自動(dòng)電壓無(wú)功控制系統）決定，而場(chǎng)站AVC系統一般是按由調度根據系統電壓變動(dòng)范圍、無(wú)功功率和時(shí)間的組合條件來(lái)判斷場(chǎng)站應發(fā)出多少無(wú)功容量。目前，風(fēng)電機組均具備功率因數在超前0.95到滯后0.95的范圍內動(dòng)態(tài)可調，為節約場(chǎng)站無(wú)功電源容量，故應首先充分利用風(fēng)電機組的無(wú)功容量及其調節能力。當風(fēng)電機組無(wú)功功率仍不能滿(mǎn)足系統要求時(shí)，應投入場(chǎng)站無(wú)功設備，即自動(dòng)投切電容器組或SVC（Static VarCompensatory）或SVG（Static Var Generator）設備；若仍不能滿(mǎn)足系統要求，則應變換升壓主變分接頭，所以升壓主變必須為有載調壓型主變。即風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)電壓控制系統應能合理分配風(fēng)機、無(wú)功補償裝置的無(wú)功出力均衡，保證風(fēng)電場(chǎng)設備安全穩定運行的前提下，實(shí)現動(dòng)態(tài)的連續調節以控制并網(wǎng)點(diǎn)電壓，滿(mǎn)足電網(wǎng)電壓的要求。在雙饋風(fēng)力發(fā)電機組功率控制邏輯中，有功控制優(yōu)先級要比無(wú)功控制優(yōu)先級高。雙饋機組的轉子繞組變流器只通過(guò)轉差功率，一般為風(fēng)機容量的1/3至1/2，因此，雙饋機組的可調無(wú)功出力跟隨于當前有功出力，約為有功出力的1/3。在直驅型風(fēng)機結構中，直驅型風(fēng)機通過(guò)全功率變流器接入電網(wǎng)，永磁式電機理論上不需要勵磁回路建立磁場(chǎng)，無(wú)功需求為零，因此，直驅式風(fēng)機具有較強的無(wú)功補償能力，低電壓、高電壓穿越能力，并且較易實(shí)現恒電壓模式控制。

筆者曾做過(guò)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)AVC自動(dòng)電壓無(wú)功控制系統，但發(fā)現風(fēng)電場(chǎng)做完AVC系統后，部分風(fēng)場(chǎng)是備而不投，徒具有此種能力而已，或者說(shuō)調度沒(méi)有下發(fā)無(wú)功值指令，其中緣由也深值品味。

通常來(lái)說(shuō)，風(fēng)電機組的無(wú)功容量相對來(lái)說(shuō)較小，不能滿(mǎn)足場(chǎng)站及系統的需要，需要另配無(wú)功電源。

早期風(fēng)電場(chǎng)項目可能為集中加裝的適當容量的分組投切的無(wú)功補償裝置，即并聯(lián)電容器組。并聯(lián)電容器分組容量的確定應符合下列規定：

1、在電容器組分組投切時(shí)，應滿(mǎn)足系統無(wú)功功率和電壓調控的要求。

2、當分組電容器按各種容量組合運行時(shí)，應避開(kāi)諧振容量，不得發(fā)生諧波的嚴重放大和諧振，電容器支路的介入所引起的各側母線(xiàn)的任何一次諧波量均不應超過(guò)現行國家標準《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549的有關(guān)規定。

3、發(fā)生諧振的電容器容量，可按下式計算：

式中：Qcx---發(fā)生n次諧波容量的電容器容量（MVA）

Sd---并聯(lián)電容器裝置安裝處的母線(xiàn)短路容量（MVA）

n----諧波次數

K---電抗率

因風(fēng)電場(chǎng)存在變流器設備，應詳細分析場(chǎng)站存在的諧波次數，經(jīng)計算電容器組的分組容量應躲開(kāi)諧振容量，避免電容器組分組投切時(shí)諧振的發(fā)生。

中期建設的風(fēng)電場(chǎng)站主要的無(wú)功補償裝置為SVC。SVC按無(wú)功出力調節方式分為直接用晶閘管控制的SVC和鐵磁飽和特性調節的SVC兩大類(lèi)。目前電網(wǎng)中主要采用晶閘管控制的SVC，由晶閘管控制電抗器（Thyristor-Controlled Reactor，簡(jiǎn)稱(chēng)TCR）、晶閘管投切電容器（Thyristor Switched Capacitor，簡(jiǎn)稱(chēng)TSC）、并聯(lián)電容器和諧波濾波器組成（Filter & Capacitor，簡(jiǎn)稱(chēng)FC）共同組成。由于TCR具有“晶閘管閥造價(jià)即綜合投資低，可靠性較高”等優(yōu)點(diǎn)，因而在我國電網(wǎng)中應用最廣泛的是TCR+FC型SVC裝置。

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近期建設的風(fēng)電場(chǎng)站無(wú)功補償設備基本均為SVG（Static Var Generator），又稱(chēng)靜止無(wú)功發(fā)生器，是當今無(wú)功補償領(lǐng)域最新技術(shù)的代表，主要由換流器、連接變壓器（可選）、連接電抗器等組成。SVG靜止無(wú)功發(fā)生器采用可關(guān)斷電力電子器件（IGBT）組成自換相橋式電路，經(jīng)過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，迅速發(fā)出或吸收所需的無(wú)功功率，實(shí)現快速的動(dòng)態(tài)無(wú)功補償。作為有源型補償裝置，不僅可以跟蹤沖擊型負載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進(jìn)行跟蹤補償。SVG較SVC具有相應速度快、占地面積小、諧波特性好以及損耗小的優(yōu)勢，但造價(jià)高相對較高。SVG工作原理及其工作模式見(jiàn)圖1。某風(fēng)場(chǎng)SVG實(shí)例見(jiàn)圖2。

圖1 SVG工作原理及其工作模式 

圖2  某風(fēng)場(chǎng)SVG設備

其中，風(fēng)電機組應具備的的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力如下：

1、當風(fēng)電機組測試點(diǎn)發(fā)生三相對稱(chēng)電壓跌落時(shí)，風(fēng)電機組應自電壓跌落出現時(shí)的時(shí)刻快速響應，通過(guò)注入無(wú)功電流支撐電壓恢復。具體要求如下：

——自測試點(diǎn)電壓跌落出現的時(shí)刻起，動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的響應時(shí)間不大于75ms，持續時(shí)間應不少于550ms。

——風(fēng)電機組提供的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流應滿(mǎn)足下式的要求。

IT≥1.5*（0.9-UT）*In   （0.2≤UT≤0.9）

IT —無(wú)功電流注入有效值；

UT —風(fēng)電機組線(xiàn)電壓彪幺值

In —風(fēng)電機組額定電流

2、當風(fēng)電機組測試點(diǎn)發(fā)生三相對稱(chēng)電壓升高時(shí)，風(fēng)電機組在高電壓穿越過(guò)程中應具有以下動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力：

——當風(fēng)電機組測試點(diǎn)電壓處于標稱(chēng)電壓的110%~130%區間內時(shí)，風(fēng)電機組應能夠通過(guò)注入無(wú)功電流支撐電壓恢復：自測試點(diǎn)電壓升高出現的時(shí)刻起，動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的響應時(shí)間不大于40ms。

——風(fēng)電機組注入電力系統的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流應滿(mǎn)足下式：

IT≥1.5*（UT-1.1）*In   （1.1≤UT≤1.3）

IT —無(wú)功電流注入有效值；

UT —風(fēng)電機組線(xiàn)電壓彪幺值

In —風(fēng)電機組額定電流

作者單位：

刁書(shū)廣，東方 電氣（通遼）風(fēng)電工程技術(shù)有限公司

周文濤，魯能新能源（集團）有限公司陜西分公司

馬宇，中國三峽新能源有限公司東北分公司

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