《GB51096風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》自頒發(fā)并實(shí)施已將近三年,主要內(nèi)容包括:風(fēng)能資源及發(fā)電量計(jì)算、電力系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、電氣、輔助及附屬設(shè)施、建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)與水土保持、消防、海上風(fēng)電場(chǎng)等等章節(jié),內(nèi)容多但精煉,條文雜但精簡(jiǎn),鑒于部分從業(yè)人員對(duì)本規(guī)范部分條文不甚了了,筆者不才,根據(jù)多年工作設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),愿就所知,以表己見(jiàn),如有不當(dāng),煩請(qǐng)指正。
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《GB51096風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》疑難條文解讀(二)
5.2.2風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應(yīng)符合下列規(guī)定:
3無(wú)功容量應(yīng)符合下列規(guī)定:
1)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的無(wú)功容量應(yīng)按照分(電壓)層和分(電)區(qū)基本平衡的原則進(jìn)行配置,并應(yīng)滿足檢修備用的要求,同時(shí)應(yīng)與電能質(zhì)量治理的設(shè)備配置相協(xié)調(diào);
2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)滿足功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào),風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應(yīng)充分利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功容量及其調(diào)節(jié)能力;
3)當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無(wú)功容量不能滿足電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要時(shí),應(yīng)在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)集中加裝適當(dāng)容量的分組頭切的無(wú)功補(bǔ)償裝置,必要時(shí)應(yīng)加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置;
4)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應(yīng)配置無(wú)功電壓控制系統(tǒng),且應(yīng)具備無(wú)功功率調(diào)節(jié)及電壓控制能力;
5)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和非正常運(yùn)行情況下,風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)速度和控制精度應(yīng)能滿足電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的要求,且應(yīng)與風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越能力相匹配。
解讀:無(wú)功電源的安排,應(yīng)在電力系統(tǒng)有功規(guī)劃的基礎(chǔ)上,同時(shí)進(jìn)行無(wú)功規(guī)劃。原則上應(yīng)使無(wú)功就地分區(qū)分層基本平衡,按地區(qū)補(bǔ)償無(wú)功負(fù)荷,就地補(bǔ)償變壓器及線路等的無(wú)功損耗,并應(yīng)隨負(fù)荷(或電壓)變化就行調(diào)整,避免經(jīng)長(zhǎng)距離線路或多級(jí)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(dá)到降損節(jié)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)仍然滿足場(chǎng)站對(duì)無(wú)功需求的能力,統(tǒng)籌規(guī)劃,同時(shí)應(yīng)與電能質(zhì)量治理設(shè)備配置相協(xié)調(diào)。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)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(yīng)配置無(wú)功電壓控制系統(tǒng),具備無(wú)功功率調(diào)節(jié)及電壓控制能力。根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)指令,風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)調(diào)節(jié)其發(fā)出(或吸收)的無(wú)功功率,實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的控制,其調(diào)節(jié)速度和控制精度應(yīng)能滿足電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的要求。其控制目標(biāo)為:當(dāng)公共電網(wǎng)電壓處于正常范圍內(nèi)時(shí),風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)當(dāng)能夠控制風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在標(biāo)稱(chēng)電壓97%—107%范圍內(nèi)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)滿足功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào),即風(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)為超前0.95時(shí),風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)出容性無(wú)功(或吸收感性無(wú)功);在功率因數(shù)為滯后0.95時(shí),風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)出感性無(wú)功(吸收容性無(wú)功)。舉例如下,以1.5MW機(jī)組來(lái)說(shuō),當(dāng)風(fēng)電機(jī)組時(shí),此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)吸收的感性無(wú)功;當(dāng)風(fēng)電機(jī)組=0.95時(shí),此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的感性無(wú)功;而風(fēng)機(jī)功率因數(shù)具體為多少,應(yīng)以風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)決定,而風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)又受場(chǎng)站AVC(自動(dòng)電壓無(wú)功控制系統(tǒng))決定,而場(chǎng)站AVC系統(tǒng)一般是按由調(diào)度根據(jù)系統(tǒng)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(yīng)發(fā)出多少無(wú)功容量。目前,風(fēng)電機(jī)組均具備功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào),為節(jié)約場(chǎng)站無(wú)功電源容量,故應(yīng)首先充分利用風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量及其調(diào)節(jié)能力。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組無(wú)功功率仍不能滿足系統(tǒng)要求時(shí),應(yīng)投入場(chǎng)站無(wú)功設(shè)備,即自動(dòng)投切電容器組或SVC(Static VarCompensatory)或SVG(Static Var Generator)設(shè)備;若仍不能滿足系統(tǒng)要求,則應(yīng)變換升壓主變分接頭,所以升壓主變必須為有載調(diào)壓型主變。即風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)應(yīng)能合理分配風(fēng)機(jī)、無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功出力均衡,保證風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的連續(xù)調(diào)節(jié)以控制并網(wǎng)點(diǎn)電壓,滿足電網(wǎng)電壓的要求。在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率控制邏輯中,有功控制優(yōu)先級(jí)要比無(wú)功控制優(yōu)先級(jí)高。雙饋機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組變流器只通過(guò)轉(zhuǎn)差功率,一般為風(fēng)機(jī)容量的1/3至1/2,因此,雙饋機(jī)組的可調(diào)無(wú)功出力跟隨于當(dāng)前有功出力,約為有功出力的1/3。在直驅(qū)型風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中,直驅(qū)型風(fēng)機(jī)通過(guò)全功率變流器接入電網(wǎng),永磁式電機(jī)理論上不需要?jiǎng)?lì)磁回路建立磁場(chǎng),無(wú)功需求為零,因此,直驅(qū)式風(fēng)機(jī)具有較強(qiáng)的無(wú)功補(bǔ)償能力,低電壓、高電壓穿越能力,并且較易實(shí)現(xiàn)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(tǒng),但發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)做完AVC系統(tǒng)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(diào)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(jī)組的無(wú)功容量相對(duì)來(lái)說(shuō)較小,不能滿足場(chǎng)站及系統(tǒng)的需要,需要另配無(wú)功電源。
早期風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目可能為集中加裝的適當(dāng)容量的分組投切的無(wú)功補(bǔ)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(yīng)符合下列規(guī)定:
1、在電容器組分組投切時(shí),應(yīng)滿足系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓調(diào)控的要求。
2、當(dāng)分組電容器按各種容量組合運(yùn)行時(shí),應(yīng)避開(kāi)諧振容量,不得發(fā)生諧波的嚴(yán)重放大和諧振,電容器支路的介入所引起的各側(cè)母線的任何一次諧波量均不應(yīng)超過(guò)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549的有關(guān)規(guī)定。
3、發(fā)生諧振的電容器容量,可按下式計(jì)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短路容量(MVA)
n----諧波次數(shù)
K---電抗率
因風(fēng)電場(chǎng)存在變流器設(shè)備,應(yīng)詳細(xì)分析場(chǎng)站存在的諧波次數(shù),經(jīng)計(jì)算電容器組的分組容量應(yīng)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(shè)的風(fēng)電場(chǎng)站主要的無(wú)功補(bǔ)償裝置為SVC。SVC按無(wú)功出力調(diào)節(jié)方式分為直接用晶閘管控制的SVC和鐵磁飽和特性調(diào)節(jié)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(guó)電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的是TCR+FC型SVC裝置。
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近期建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)站無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備基本均為SVG(Static Var Generator),又稱(chēng)靜止無(wú)功發(fā)生器,是當(dāng)今無(wú)功補(bǔ)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(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)電流,迅速發(fā)出或吸收所需的無(wú)功功率,實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。作為有源型補(bǔ)償裝置,不僅可以跟蹤沖擊型負(fù)載的沖擊電流,而且可以對(duì)諧波電流也進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。SVG較SVC具有相應(yīng)速度快、占地面積小、諧波特性好以及損耗小的優(yōu)勢(shì),但造價(jià)高相對(duì)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(shè)備
其中,風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備的的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力如下:
1、當(dāng)風(fēng)電機(jī)組測(cè)試點(diǎn)發(fā)生三相對(duì)稱(chēng)電壓跌落時(shí),風(fēng)電機(jī)組應(yīng)自電壓跌落出現(xiàn)時(shí)的時(shí)刻快速響應(yīng),通過(guò)注入無(wú)功電流支撐電壓恢復(fù)。具體要求如下:
——自測(cè)試點(diǎn)電壓跌落出現(xiàn)的時(shí)刻起,動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的響應(yīng)時(shí)間不大于75ms,持續(xù)時(shí)間應(yīng)不少于550ms。
——風(fēng)電機(jī)組提供的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流應(yīng)滿足下式的要求。
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(jī)組線電壓彪幺值
In —風(fēng)電機(jī)組額定電流
2、當(dāng)風(fēng)電機(jī)組測(cè)試點(diǎn)發(fā)生三相對(duì)稱(chēng)電壓升高時(shí),風(fēng)電機(jī)組在高電壓穿越過(guò)程中應(yīng)具有以下動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力:
——當(dāng)風(fēng)電機(jī)組測(cè)試點(diǎn)電壓處于標(biāo)稱(chēng)電壓的110%~130%區(qū)間內(nèi)時(shí),風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能夠通過(guò)注入無(wú)功電流支撐電壓恢復(fù):自測(cè)試點(diǎn)電壓升高出現(xiàn)的時(shí)刻起,動(dòng)態(tài)無(wú)功電流控制的響應(yīng)時(shí)間不大于40ms。
——風(fēng)電機(jī)組注入電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流應(yīng)滿足下式:
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(jī)組線電壓彪幺值
In —風(fēng)電機(jī)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(tuán))有限公司陜西分公司
馬宇,中國(guó)三峽新能源有限公司東北分公司
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