《GB51096風(fēng)力發(fā)電場設(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)電場等等章節(jié)，內(nèi)容多但精煉，條文雜但精簡，鑒于部分從業(yè)人員對本規(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，如有不當(dāng)，煩請指正。

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《GB51096風(fēng)力發(fā)電場設(shè)計(jì)規(guī)范》疑難條文解讀(二)

5.2.2風(fēng)力發(fā)電場應(yīng)符合下列規(guī)定：

3無功容量應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）風(fēng)力發(fā)電場的無功容量應(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)電場應(yīng)充分利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功容量及其調(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)電場集中加裝適當(dāng)容量的分組頭切的無功補(bǔ)償裝置，必要時(shí)應(yīng)加裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置；

4）風(fēng)力發(fā)電場應(yīng)配置無功電壓控制系統(tǒng)，且應(yīng)具備無功功率調(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)電場無功補(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)行無功規(guī)劃。原則上應(yīng)使無功就地分區(qū)分層基本平衡，按地區(qū)補(bǔ)償無功負(fù)荷，就地補(bǔ)償變壓器及線路等的無功損耗，并應(yīng)隨負(fù)荷（或電壓）變化就行調(diào)整，避免經(jīng)長距離線路或多級變壓器傳送無功功率，以減少由于無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功容量的大小，要考慮到某些無功電源檢修時(shí)仍然滿足場站對無功需求的能力，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)國家電網(wǎng)公司《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（GB/T 19963）》，風(fēng)電場電壓無功控制基本要求是：風(fēng)電場應(yīng)配置無功電壓控制系統(tǒng)，具備無功功率調(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)電場自動(dòng)調(diào)節(jié)其發(fā)出（或吸收）的無功功率，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場并網(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)電場應(yīng)當(dāng)能夠控制風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在標(biāo)稱電壓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)出容性無功（或吸收感性無功）；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)出感性無功（吸收容性無功）。舉例如下，以1.5MW機(jī)組來說，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)又受場站AVC（自動(dòng)電壓無功控制系統(tǒng)）決定，而場站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、無功功率和時(shí)間的組合條件來判斷場站應(yīng)發(fā)出多少無功容量。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)約場站無功電源容量，故應(yīng)首先充分利用風(fēng)電機(jī)組的無功容量及其調(diào)節(jié)能力。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組無功功率仍不能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，應(yīng)投入場站無功設(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)電場自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)應(yīng)能合理分配風(fēng)機(jī)、無功補(bǔ)償裝置的無功出力均衡，保證風(fēng)電場設(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)先級要比無功控制優(yōu)先級高。雙饋機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組變流器只通過轉(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，無功需求為零，因此，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)具有較強(qiáng)的無功補(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。

筆者曾做過多個(gè)風(fēng)電場AVC自動(dòng)電壓無功控制系統(tǒng)，但發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場做完AVC系統(tǒng)后，部分風(fēng)場是備而不投，徒具有此種能力而已，或者說調(diào)度沒有下發(fā)無功值指令，其中緣由也深值品味。

通常來說，風(fēng)電機(jī)組的無功容量相對來說較小，不能滿足場站及系統(tǒng)的需要，需要另配無功電源。

早期風(fēng)電場項(xiàng)目可能為集中加裝的適當(dāng)容量的分組投切的無功補(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)超過現(xiàn)行國家標(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)電場存在變流器設(shè)備，應(yīng)詳細(xì)分析場站存在的諧波次數(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)電場站主要的無功補(bǔ)償裝置為SVC。SVC按無功出力調(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。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，簡稱TCR）、晶閘管投切電容器（Thyristor Switched Capacitor，簡稱TSC）、并聯(lián)電容器和諧波濾波器組成（Filter & Capacitor，簡稱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(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)電場站無功補(bǔ)償設(shè)備基本均為SVG（Static Var Generator），又稱靜止無功發(fā)生器，是當(dāng)今無功補(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)出或吸收所需的無功功率，實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)無功補(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，但造價(jià)高相對較高。SVG工作原理及其工作模式見圖1。某風(fēng)場SVG實(shí)例見圖2。

圖1 SVG工作原理及其工作模式 

圖2  某風(fēng)場SVG設(shè)備

其中，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備的的動(dòng)態(tài)無功支撐能力如下：

1、當(dāng)風(fēng)電機(jī)組測試點(diǎn)發(fā)生三相對稱電壓跌落時(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)，通過注入無功電流支撐電壓恢復(fù)。具體要求如下：

——自測試點(diǎn)電壓跌落出現(xiàn)的時(shí)刻起，動(dòng)態(tài)無功電流控制的響應(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)組測試點(diǎn)發(fā)生三相對稱電壓升高時(shí)，風(fēng)電機(jī)組在高電壓穿越過程中應(yīng)具有以下動(dòng)態(tài)無功支撐能力：

——當(dāng)風(fēng)電機(jī)組測試點(diǎn)電壓處于標(biāo)稱電壓的110%~130%區(qū)間內(nèi)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能夠通過注入無功電流支撐電壓恢復(fù)：自測試點(diǎn)電壓升高出現(xiàn)的時(shí)刻起，動(dòng)態(tài)無功電流控制的響應(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)無功電流應(yīng)滿足下式：

IT≥1.5*（UT-1.1）*In   （1.1≤UT≤1.3）

IT —無功電流注入有效值；

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，中國三峽新能源有限公司東北分公司

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