新疆华电苇湖梁新能源有限公司
摘要：风能作为一种清洁的可再生能源,近年来得到了快速发展。2009年中国成为第一大风电装机市场,装机容量新增13.75千兆瓦,占当年全球装机容量的三分之一。风电场不同与传统的火电厂和水电厂,本文作者结合多年工作实际经验，主要就风力发电场电气一次系统方面进行了简单探讨，希望对相关从业人员有所帮助。结合实例,浅谈风力发电场的电气一次设计。
关键词：风力发电场；电气一次；设计
根据国家电力公司《全国风力发电“十五”计划及2015年远景规划研究报告》的有关情况，我国风电发展规划到2015年底全国累计装机9544MW，2020年底全国累计装机15000MW到20000MW。特别是，近年来随着煤炭、石油、天然气等常规能源的日益紧缺，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越多地得到世界各国的关注。风能是一种清洁的永续资源，与传统能源相比，风力发电不依赖矿物能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有包括碳排放等环境成本。但随着越来越多的风力发电机组的接入，对电网运行的安全性和稳定性产生了重大的影响。因此，加强对风电场电气一次系统的研究具有具有十分重要的意义。下面，本人对此浅谈几点个人体会，谨供相关人员参考。
1风电场接入电力系统
接入电力系统应从整体着眼，考虑当地电网布局，消除薄弱环节，增强抗事故干扰能力且降低损耗。送电线路输电容量应充分考虑风电场的规划容量并兼顾地区电力负荷发展的需要。电压等级选择应根据线路长度、输电容量等选择符合国家电压标准要求的最佳电压等级。常见风电场接入系统线路为一回110kV线路（如文登二期、土耳其MYENERGY等）或一回220kV线路（如莱州三期、大庆风云、大庆九间房、大安海坨、印度PALSI等）。
2风电场电气主接线
风电场一般采取一机一变接线方式，集电线路电压等级选择35kV，这种接线方式最为经济实用。每台风机旁设置一台箱式变。国内风机厂风机出口电压一般为690V，电能经低压动力电缆（以文登二期为例，电缆选择为14×（YJV22-1/1-1×240mm2））输送至箱式变低压侧。箱式变高压侧选择35kV电力电缆（以大庆风云为例，电缆选择为YJV22-26/35-3×50mm2））直埋敷设至较近的集电线路杆塔。风电场集电线路方案根据场区现场条件和风力机布局确定，一般选择架空线敷设，但当现场条件不允许时，也可选择电缆直埋敷设。
3风电场升压站电气主接线
升压站电气主接线设计根据风力发电场的规划容量、接入电力系统的要求进行，并进行多个方案的经济技术比较和分析论证。对于分期建设的风电场，第一期设计时应说明风力发电场分期建设的过渡方案，并提出切实可行的措施。常见风电场升压站的电气主接线方式有变压器-线路组接线、单母线接线和桥型接线。风力发电机的功率因数一般设定为1，本身不需要配置无功补偿装置。但因风电场内线路、变压器运行时有一定的无功损耗，根据规程要求，无功损耗应尽量就地补偿，因此升压站内设无功补偿装置。
4风电场主要电气设备选择
选择电气设备时，必须根据选定的接入电力系统方式和电气主接线方案，计算短路电流并根据短路电流选择，主要电力设备包括：箱式变压器、无功补偿装置、35kV配电装置、主变压器、110/220kV高压配电装置等设备。例如：箱式变有欧式变与美式变之分。欧式变占地面积大，造价略高，但维护检修方便，美式变占地面积小，造价低，维护检修较复杂，选用时可根据实际情况选择。选择箱变容量时需考虑风机过负荷发电的情况，一般1500kW风力发电机选用1600kVA变压器即可满足要求。风电场升压站无功补偿装置常见有SVC和SVG两种。SVC占地面积较大，但目前技术已经十分成熟，价格也较低。从原理上来说，SVG性能更好，且占地面积小，但目前国内技术尚不成熟，只有几家企业可以生产，关键部件需要进口，生产周期较长，价格远超同等容量SVC（以10Mvar无功补偿装置为例，SVG报价280万，MCR-SVC报价160万，TCR-SVC报价180万）。常规情况50MW风电场需配置10Mvar容量的无功补偿，电网有更高要求时按满足电网要求配置。35kV配电装置一般选用户内固定式金属封闭开关，技术较为成熟。主变一般为三相双绕组油浸式有载调压变压器，变压器油型号、冷却方式等应根据当地气象条件确定。选择主变容量时，考虑风力发电场负荷率较低的实际情况以及风力发电机组的功率因数在1左右，可以选择等于风电场发电容量的主变压器。有载调压开关是主变的重要组成部分，进口有载调压开关性能较好，但价格比国产贵近40%（莱州三期主变有载调压开关选择时，进口MR型开关价格约60万，国产苏州MR型开关价格为40万），实际选择时应根据性价比选择。110/220kV高压配电装置可选用户内GIS式，也可选用户外布置。户内GIS占地面积小，故障几率小，价格并不昂贵，因此在目前风电场升压站中得到了广泛的应用。风电场污秽等级较高（一般为IV级），设备选型时需要注意过电压与绝缘配合（爬电距离为31mm/kV）。
5风电场通信系统设计
风电场通信系统主要包括系统通信、场内通信以及与公网通信3个部分。
5.1系统通信。风电场系统通信的任务是为电力系统上级主管部门对风电场内的生产调度和现代化管理提供电话通道，并为继电保护、远动、计量、升压站和风电机组计算机监控系统等提供信息传输通道。系统通信方式将在风电场二次接入系统设计完成后最终确定。本阶段暂采用架空地线复合光缆（OPGW）作为系统通信传输通道，为风电场升压站至上级调度部门之间提供全双工远动通道、计量通道及保护通道。在风电场生产综合楼内设置光通信传输设备一套，传输容量暂定为622Mb/s，并配置相应的PCM设备、光配线架以及仪表设备等。
5.2场内通信。场内通信是为风电场生产运行、调度指挥及行政办公系统各职能部门之间业务联系和对外通信联络提供服务。场内通信分为升压站内行政和生产调度通信及风电场内通信。（1）行政和生产调度通信。依据风电场的规模、系统调度和设备运行管理要求，升压站内的生产调度和行政管理通信拟采用一套行政和调度功能合一的数字式程控交换系统，程控交换机的容量暂定为96线，程控交换系统除满足风电场内生产调度和行政通信要求外，还能实现与电力系统、电信公网之间的通信联网。（2）风电场内通信。风电场内设置一套5信道集群移动通信系统，以满足风电场基建施工指挥、生产检修、风电场调度及场内应急通信等多种情况的需要。集群系统以4线E&M接口接入升压站内的程控交换机，实现有线、无线及对外的通信联络，并配置4部移动车载机和20部手持机。具体细节将与当地电信部门协商后结合实际情况作进一步优化。
5.3公网通信。风电场需与当地的公用通信网建立通信联系，以满足风电场对外的电话、数据传输和宽带上网等通信要求，同时也为本风电场的自动化和远动系统预留与电力系统通信的备用通道。现阶段暂考虑风电场与当地电信局之间敷设一条市话电缆（其中应包括电话、数据传输和宽带上网等通信业务），线路建设的具体方案有待与当地电信部门协商后确定。
6总结
总之，风电场电气一次系统及其设计，除应满足风力发电相关的规程规范。在设备选择时，应根据当地情况，通过技术经济比较，选用最合适的设备，希望我的经验对大家起到一定的借鉴作用。
参考文献
[1]风力发电场设计技术规范.DLT5383-2007.
[2]国家电网公司.全国风力发电“十五”计划及2015年远景规划研究报告.
[3]盛大凯,胡君慧,仇卫东.推广风电场电气系统典型设计促进电源电网协调发展[J].电力建设,2011,05.