《GB51096风力发电场设计规范》疑难条文解读（三）-北极星风力发电网

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《GB51096风力发电场设计规范》自颁发并实施已将近三年，主要内容包括：风能资源及发电量计算、电力系统、风力发电机组、电气、辅助及附属设施、建筑结构、环境保护与水土保持、消防、海上风电场等等章节，内容多但精炼，条文杂但精简，鉴于部分从业人员对本规范部分条文不甚了了，笔者不才，根据多年工作设计经验，愿就所知，以表己见，如有不当，烦请指正。

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《GB51096风力发电场设计规范》疑难条文解读(二)

5.2.2风力发电场应符合下列规定：

3无功容量应符合下列规定：

1）风力发电场的无功容量应按照分（电压）层和分（电）区基本平衡的原则进行配置，并应满足检修备用的要求，同时应与电能质量治理的设备配置相协调；

2）风力发电机组应满足功率因数在超前0.95到滞后0.95的范围内动态可调，风力发电场应充分利用风力发电机的无功容量及其调节能力；

3）当风力发电机组的无功容量不能满足电力系统电压调节需要时，应在风力发电场集中加装适当容量的分组头切的无功补偿装置，必要时应加装动态无功补偿装置；

4）风力发电场应配置无功电压控制系统，且应具备无功功率调节及电压控制能力；

5）在电力系统正常运行和非正常运行情况下，风力发电场无功补偿的调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求，且应与风电机组高电压穿越能力相匹配。

解读：无功电源的安排，应在电力系统有功规划的基础上，同时进行无功规划。原则上应使无功就地分区分层基本平衡，按地区补偿无功负荷，就地补偿变压器及线路等的无功损耗，并应随负荷（或电压）变化就行调整，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率，以减少由于无功功率的传输而引起电网的有功损耗，达到降损节能。总站无功容量的大小，要考虑到某些无功电源检修时仍然满足场站对无功需求的能力，统筹规划，同时应与电能质量治理设备配置相协调。根据国家电网公司《风电场接入电力系统技术规定（GB/T 19963）》，风电场电压无功控制基本要求是：风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电压控制能力。根据电力系统调度机构指令，风电场自动调节其发出（或吸收）的无功功率，实现对风电场并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。其控制目标为：当公共电网电压处于正常范围内时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在标称电压97%—107%范围内。

风力发电机组应满足功率因数在超前0.95到滞后0.95的范围内动态可调，即风电机组功率因数为超前0.95时，风力发电机应发出容性无功（或吸收感性无功）；在功率因数为滞后0.95时，风力发电机应发出感性无功（吸收容性无功）。举例如下，以1.5MW机组来说，当风电机组时，此时风力发电机吸收的感性无功；当风电机组=0.95时，此时风力发电机发出的感性无功；而风机功率因数具体为多少，应以风机功率控制系统决定，而风机功率控制系统又受场站AVC（自动电压无功控制系统）决定，而场站AVC系统一般是按由调度根据系统电压变动范围、无功功率和时间的组合条件来判断场站应发出多少无功容量。目前，风电机组均具备功率因数在超前0.95到滞后0.95的范围内动态可调，为节约场站无功电源容量，故应首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力。当风电机组无功功率仍不能满足系统要求时，应投入场站无功设备，即自动投切电容器组或SVC（Static VarCompensatory）或SVG（Static Var Generator）设备；若仍不能满足系统要求，则应变换升压主变分接头，所以升压主变必须为有载调压型主变。即风电场自动电压控制系统应能合理分配风机、无功补偿装置的无功出力均衡，保证风电场设备安全稳定运行的前提下，实现动态的连续调节以控制并网点电压，满足电网电压的要求。在双馈风力发电机组功率控制逻辑中，有功控制优先级要比无功控制优先级高。双馈机组的转子绕组变流器只通过转差功率，一般为风机容量的1/3至1/2，因此，双馈机组的可调无功出力跟随于当前有功出力，约为有功出力的1/3。在直驱型风机结构中，直驱型风机通过全功率变流器接入电网，永磁式电机理论上不需要励磁回路建立磁场，无功需求为零，因此，直驱式风机具有较强的无功补偿能力，低电压、高电压穿越能力，并且较易实现恒电压模式控制。

笔者曾做过多个风电场AVC自动电压无功控制系统，但发现风电场做完AVC系统后，部分风场是备而不投，徒具有此种能力而已，或者说调度没有下发无功值指令，其中缘由也深值品味。

通常来说，风电机组的无功容量相对来说较小，不能满足场站及系统的需要，需要另配无功电源。

早期风电场项目可能为集中加装的适当容量的分组投切的无功补偿装置，即并联电容器组。并联电容器分组容量的确定应符合下列规定：

1、在电容器组分组投切时，应满足系统无功功率和电压调控的要求。

2、当分组电容器按各种容量组合运行时，应避开谐振容量，不得发生谐波的严重放大和谐振，电容器支路的介入所引起的各侧母线的任何一次谐波量均不应超过现行国家标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549的有关规定。

3、发生谐振的电容器容量，可按下式计算：

式中：Qcx---发生n次谐波容量的电容器容量（MVA）

Sd---并联电容器装置安装处的母线短路容量（MVA）

n----谐波次数

K---电抗率

因风电场存在变流器设备，应详细分析场站存在的谐波次数，经计算电容器组的分组容量应躲开谐振容量，避免电容器组分组投切时谐振的发生。

中期建设的风电场站主要的无功补偿装置为SVC。SVC按无功出力调节方式分为直接用晶闸管控制的SVC和铁磁饱和特性调节的SVC两大类。目前电网中主要采用晶闸管控制的SVC，由晶闸管控制电抗器（Thyristor-Controlled Reactor，简称TCR）、晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor，简称TSC）、并联电容器和谐波滤波器组成（Filter & Capacitor，简称FC）共同组成。由于TCR具有“晶闸管阀造价即综合投资低，可靠性较高”等优点，因而在我国电网中应用最广泛的是TCR+FC型SVC装置。

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( 来源: 北极星风力发电网作者: 刁书广周文涛马宇 )

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