【正文】 31 概述 ??????????????????????? 31 風(fēng)機(jī)分組的優(yōu)化 ?????????????????? 31 技術(shù)比較 ?????????????????? 31 經(jīng)濟(jì)比較 ?????????????????? 34 結(jié)論 ?? ?????????????????? 34 線路優(yōu)化 ???????????????????? 35 線路的選擇 ????????????????? 35 技術(shù)比較 ?????????????????? 35 經(jīng)濟(jì)比較 ?????????????????? 38 結(jié)論 ???????????????????? 38 本章小結(jié) ???????????????????????? 39 結(jié) 論 …………………………………………………… ……………… 40 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????? 41 附 錄 ?????????????????????????? 42 致 謝 ?????????????????????????? 45 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 3 第 1 章 緒論 研究背景 風(fēng)能是一種無污染的、儲量豐富的可再生能源。在過去的 5 年間 ，風(fēng)電發(fā)展不斷超越其預(yù)期的發(fā)展速度，而且一直保持著世界增長最快能源的地位。根據(jù)丹麥 BTM 咨詢公司報告， 2021 年全球有超過 萬 kW 的新增裝機(jī)容量并入電網(wǎng)，營業(yè)總額達(dá)到 500 億歐元。在累計裝機(jī)容量上，歐洲仍然是風(fēng)力發(fā)電市場的領(lǐng)導(dǎo)者，截至 2021 年底，其累積裝機(jī)總?cè)萘繛? 萬 kW，占全世界風(fēng)電總裝機(jī)的 %，提前超額完成了到 2021 年風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到 4000萬 kW 的目標(biāo)。目前，德國、西班牙和意大利三國的風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量約占到歐洲總量的 65%。歐洲之外，發(fā)展風(fēng)電的主要國家有美國、中國、印度、加拿大和日本。風(fēng)電在未來 20年內(nèi)將是世界上發(fā)展最快的能源。截至 2021 年底全國風(fēng)電裝機(jī)容量已超過 2500 萬千瓦，連續(xù)三年增長率超過100%， 2021年中國新增風(fēng)電裝機(jī)容量 ，累計風(fēng)電裝機(jī)容量 兆瓦，雙居全球第一位。與傳統(tǒng)的電場設(shè) 計相比 , 風(fēng)電場電氣設(shè)計并沒有完全統(tǒng)一詳細(xì)的規(guī)程規(guī)范 ,僅有一部風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（征求意見稿）作為參考。風(fēng)電場電氣設(shè)計有很多設(shè)計方法由于沒有經(jīng)驗可參照 ,都是按照傳統(tǒng)電場設(shè)計的方法進(jìn)行設(shè)計 ,且 由于風(fēng)電華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 4 場與傳統(tǒng)電場的區(qū)別 ,這些設(shè)計方法并不一定適合 。 因此 很多設(shè)計單位的風(fēng)電場設(shè)計工程的數(shù)量都在增加，有些設(shè)計院甚至專門設(shè)立了新能源設(shè)計部門，專門負(fù)責(zé)風(fēng)電的設(shè)計。 因此，也造成了各地風(fēng)電場的電氣主接線設(shè)計良莠不齊，無規(guī)可循。風(fēng)機(jī)分組、接線的討論為今后的設(shè)計提供多種參考方案，有利于設(shè)計時擇優(yōu)選取。從而再在這一基礎(chǔ)上 ,對一些以往的風(fēng)電場電氣設(shè)計方案加以優(yōu)化 ,從而加快風(fēng)電這一行業(yè)的發(fā)展。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組升壓：現(xiàn)國內(nèi) 外 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出線電壓多為 690V，若直接匯總并接入風(fēng)電場的總升壓站，則電能損耗過大，且導(dǎo)體的截面過大，無法滿足現(xiàn)場的安裝要求，因此，須將電壓升高至 35kV 或 10kV 才能接入總升壓站。因此，現(xiàn)國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組 升壓多采用 35kV 方案 [3]。但是這樣的結(jié)果卻是會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的頻繁離并網(wǎng)，最終，使得風(fēng)機(jī)的總發(fā)電量降低，電品質(zhì)下降，風(fēng)電上網(wǎng)困難 [16]。 鏈形是已建風(fēng)電場中用的最多的一種連接方法，結(jié)構(gòu)簡單，成本不高， 其基本思想是將一定數(shù)目的風(fēng)力發(fā)電機(jī)（包括其附帶升壓變壓器）連接在一條電纜之上 。環(huán)形設(shè)計比鏈形需要的電纜規(guī)格更高、長度更長，因此成本較高，但因其能實現(xiàn)一定程度的冗余，可靠性較高。 風(fēng)電場集電線路選擇方面，集電線路方式一般采用架空線或電纜敷設(shè)這兩種。但介于我國的相關(guān)規(guī)定及現(xiàn)狀，現(xiàn)多采用電纜敷設(shè)方案。大多數(shù)情況下，要盡量使風(fēng)機(jī)均勻的分部到各個集電之路上，以免造成風(fēng)場運(yùn)轉(zhuǎn)時由于 各條支路電量不均而造成的沖擊 [14]。 風(fēng)電場無功補(bǔ)償：在目前已經(jīng)建成和在建的風(fēng)電工程中， 35kV 母線無功補(bǔ)償方式主要有，固定投切電容器組補(bǔ)償方式及降壓式動態(tài)無功補(bǔ)償方式。 本文主要內(nèi)容 本文 在通過對某一風(fēng)電場電氣方面的設(shè)計 及其所面臨的困難、研究意義等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對風(fēng)電場 電氣 設(shè)計的幾個重要部分進(jìn)行了討論和研究， 其中 主要包括以下 部分 內(nèi)容： （ 1） 確定風(fēng)場， 所布置的機(jī)型，主接線形式及主變； （ 2）討論了風(fēng)電場集電線路的方案，并從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上進(jìn)行比較； （ 3）討論了風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的分組和連接方案，并從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上進(jìn)行比較； （ 4） 進(jìn)行了短路電流的計算 , 用以 選擇和校驗所選電氣設(shè)備的相關(guān)參數(shù)； （ 5） 提出可行的優(yōu)化方案并與原方案從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上進(jìn)行比較。 47′ 654″、東經(jīng) 115176。風(fēng)電場處于中溫帶，屬亞干旱大陸氣候，冬季漫長而寒冷，夏天涼爽而短促。風(fēng)電廠有 110KW 升壓站一座，主變壓器為容量 63000KVA,電能輸出采用 110KV 架空線路。 電氣主接線設(shè)計 介于 風(fēng)電場的容量較少 ,且配有一個主變的情 況 ,宜選用單母線接線方式 .此方式有著接線簡單清晰 ,設(shè)備少 ,操作簡單和便于擴(kuò)建的優(yōu)點 ,適用于此電場的主接線設(shè)計方式 .電廠的主接線圖如下 : 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 7 圖 21. 主接線圖 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 8 主要設(shè)備選型 風(fēng)電機(jī)組的選型 現(xiàn)選擇 由中國南車集團(tuán)出產(chǎn)的 YFF06 型 風(fēng)冷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī) ,具體數(shù)據(jù)如下 : 風(fēng)機(jī)箱變的選型 風(fēng)機(jī)出口電壓 為 690V,所以需要為風(fēng)機(jī)提供一變壓器以達(dá)到集電線路的額定電壓 ,具體數(shù)據(jù)如下 : 表 1. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)箱變參數(shù) 型號 S11M1500/35 容量 1500kVA 電壓 35000v/690v 產(chǎn)品代號 頻率 50Hz 相數(shù) 三相 聯(lián)結(jié)組標(biāo)號 Dyn11 冷卻方式 ONAN 使用條件 戶外 絕緣水平 L1200A95/AC5 短路阻 抗 % 器身重 2270Kg 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 9 出廠序號 BY0909023 標(biāo)準(zhǔn)代 號 ∽ 2199 、 GB/T64512021 分接位置 高壓 電壓 V 38588 37669 36750 35831 34912 電流 A 低壓 電壓 V 690 電流 A 主變壓器的選型 風(fēng) 電場的 總?cè)萘繛? 110KV,以此數(shù)據(jù)選擇主變壓器 , 具體數(shù)據(jù)如下 : 表 2. 風(fēng)電場主變壓器參數(shù) 型號 SFZ1063000/110 相數(shù) 3 相 頻率 戶外使用 額定容量 63000kVA 額定電壓 110/35kV 冷卻方式 ONAN/ONAF (70%/100%) 聯(lián)結(jié)組標(biāo)號 YNyn0 產(chǎn)品 代號 出廠序號 A20218T221 出廠日期 變壓器油牌號 DB45 標(biāo)準(zhǔn)序號 GB1094 器身重 t 上節(jié)油箱重 t 油重 t 運(yùn)輸重 t 總重 83.2 t 絕緣水平 LI/AC 480/200 KV LI/AC 325/140 KV LI/AC 200/85 KV LI/AC 200/85 KV 空載電流 空 載損耗 負(fù)載損耗 % 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 10 短路阻抗 % 最高電壓分接 額定電壓分接 最低電壓分接 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 11 第 3 章 風(fēng)電場接線方案比選 概述 此次設(shè)計的模擬風(fēng)電場的容量 較小， 但由于風(fēng)電的特殊性 ，風(fēng)電場接入電網(wǎng)對系統(tǒng)的影響 也不可小覷 。 該風(fēng)場為 內(nèi)陸風(fēng)電場 ,屬于丘陵 地帶 ， 風(fēng)機(jī)多部于矮山之上 .不同于 沿海風(fēng)電場風(fēng)場的風(fēng)機(jī)沿海岸線狹長 的 布置 方式 ，風(fēng)機(jī)的布置十分分散，大部分風(fēng)機(jī)距風(fēng)電場升壓站較遠(yuǎn)， 有的甚至達(dá)到幾公里 .而風(fēng)電場風(fēng)機(jī)臺數(shù)較多、布置分散的特點，決定了風(fēng)電場 集電 系統(tǒng)設(shè)計的特殊性，即需根據(jù)風(fēng)電場的裝機(jī)規(guī)模確定采用一級升壓或經(jīng)過兩級升壓，風(fēng)電場需設(shè)置集電線路，風(fēng)機(jī)的分組和布置也有多種方案。 技術(shù)特點 架空線 : （ 1） 由于采用架空線 ,導(dǎo)線裸露在空氣中 ,受周圍環(huán)境影響較大 ,可靠性較低 ； （ 2） 架空線對地電容較小 ,發(fā)生單相接地故障時 ,電容電流較小 ,并且發(fā)生單相接地故障通常以瞬時故障為主 ,因此可以采用中性點不接地或采用消弧線圈接地方式 ,以減少機(jī)組無為跳閘的可能性 ； 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 12 （ 3） 架空線相同截面導(dǎo)線載流量比電纜大得多 ,如此次設(shè)計采用架空線則導(dǎo)線截面積可以選的較小 。 電纜 : （ 1） 電纜由于埋設(shè)在地下 ,不受周圍環(huán)境影響 ,可靠性較高 ； （ 2） 電纜對地電容較大 ,發(fā)生單相接地故障時 ,電容電流較大 ,并且發(fā)生單線接地故障通常以永久故障為主 ,因此不可以采用中性點不接地方式 ,只能采用消弧線圈接地或電阻接地方式 ,無形中降低了可靠性 ； （ 3） 電纜相同截面導(dǎo)線載流量比架空線小得多 ,如本設(shè)計采用電纜則導(dǎo)線截面積要大一些 ,且需選擇三根電纜 . 經(jīng)濟(jì)比較 (1).導(dǎo)線的選擇 線路正常工作電流 : ? ?g NS 1 0 5 0 0I 1 7 3 .2 0 5 A3U 3 * 3 5? ? ? 由于最大負(fù)荷年利用小時少于 2021h,J=(架空線 )(,電纜 ), GJ1GJ2I 17 05S 98 .41 2 m mJ 6I 17 05S 13 82 m mJ 7? ? ?? ? ? 故 ,架空線選擇導(dǎo)線為 35KV LGJ120型 ,查得允許電流為 380A,正常允許的最高溫度為 90℃ ,r= ? /km,x= ? /km； 電纜選擇為 35KV YJLV223*50型 , 查得允許電流為 271A,正常允許的最高溫度為 60℃ ,r= ? /km,x= ? /km。 風(fēng)機(jī)分組和連接方案的比選 根據(jù)該風(fēng)電場的現(xiàn)場情況及平均分組的原則 ,現(xiàn)將風(fēng)機(jī)分為 5 組。 方案描述 風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排列各異 ,有陣列布置 ,也有線性布置 ,合理選擇風(fēng)機(jī)分組和風(fēng)機(jī)連接型式 ,可以使風(fēng)電場電纜或架空線等導(dǎo)體投資盡量節(jié)省 ,是主接線方案優(yōu)化 。 從陸上風(fēng)電場和海上風(fēng)電場的設(shè)計經(jīng)驗來看，連接方式基本上有鏈形 (放射形 )、星形和環(huán)形三種 .又因星形的造 價過高 ,故此處不予考慮 。該布局的優(yōu)點是操作簡單、投資成本較低 。 圖 31(a)放射形布局 2)單邊環(huán)形布局 如圖 (b)所示 ,在放射形布局的基礎(chǔ)上 ,通過一條冗余的 輸電線路 將 線路 末端的風(fēng)機(jī)連回到匯流母線上。該布局的優(yōu)點是可提高內(nèi)部電氣系統(tǒng)的可靠性 。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 15 圖 31(b)單邊環(huán)形布局 3)雙邊環(huán)形布局 如圖 (c)所示 ,在放射形布局的基礎(chǔ)上經(jīng)一條冗余的 輸電線路 將兩條相鄰 線路 末端的風(fēng)機(jī)相連。該布局的優(yōu)缺點與單邊環(huán)形布局基本相同。該布局相比單邊環(huán)形可以減少冗余 線路 的數(shù)量 ,相比雙邊環(huán)形可以降低 其 額定容量。本文根據(jù)這一原則提出多邊環(huán)形布局 ,如圖 (e)所示。該布局要求 輸電線路 的額定容量比放射形布局中 線路 的額定容量稍大 ,以滿足某一 輸電線路 故障處下游風(fēng)機(jī)通過其余 輸電線路 輸送電能。 圖 31(e)多邊環(huán)形布局 方案比較 技術(shù)比較 變壓器銘牌參數(shù) : 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 17 Ns 63000 kva? 1 N 2 NU / U 110 / 35 K V? KNP 237 .0 K W??OP K W?? KU % ? , OI % ? 變壓器計算參數(shù) : 2 2K N 1 NT 22NPU 2 3 7 * 1 1 0R 0 .7 2 31 0 0 0 S 1 0 0 0 * 6 3? ? ?? ? 2 2K 1 NT NU % U 1 0 .1 8 * 1 1 0X 1 9 .5 5 21 0 0 0 S 1 0 0 * 6 3? ? ? ? 6OT 221NP 4 0 .7G 3 .3 6 4 * 1 0 S1 0 0 0 U 1 0 0 0 * 1 1 0 ?? ? ?? 6ONT 221NI % S 0 .1 2 4 * 6 3B 6 .4 5 6 * 1 0 S1 0 0 U 1 0 0 * 1 1 0 ?? ? ? 圖 線路計算采用等效簡化法 ,具體方法見附錄 A. 現(xiàn)比較 兩種方案的有 ,無功損耗及電壓偏差值 : （ 1）線路參數(shù) (鏈?zhǔn)?): r km? ? x km? ?