风电场综合厂用电率偏高原因分析及处理

２０１７年７月　内蒙古科技与经济　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　８Ｌ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｊｕｌｙ　２Ｏ１７　ＮＯ．１３　Ｔｏｔａ１　ＮＯ．３８３　第１３期总第３８３期　风电场综合厂用电率偏高原因分析及处理　孙　星　（国电托克托县光伏发电有限公司，内蒙古呼和浩特０１００１０）　摘　要：针对内蒙古地区Ｂ风电场综合厂用电率高的现状，从弃风限电、小风天气、站用电等几个　方面，讨论了综合厂用电率高的原因，给出了运行管理工作中有效降低综合厂用电率的方法。　关键词：综合厂用电率；运行方式；弃风限电；站用电　中图分类号：ＴＭ６２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ０７—６９２１（２Ｏ１７）１３一Ｏ０７２一Ｏ３　发出的电能经机组升压变压器升压到３５ｋＶ后由电　综合厂用电率是风电场日常运行管理的小指标　考核项目，是衡量风电场经济运行水平的重要指标。　综合厂用电率高的风电场，在同等发电量条件下场　内集电线路线损电量、主变压器及母线损耗电量、无　缆或架空线路并联送入升压变电站，经主变压器升　压到２２０ｋＶ后接入上级变电站。根据风电场电气　系统的实际情况，可将综合厂用电率公式细化为下　式。　功补偿设备用电量、站用电量都较大，应引起足够的　重视与关注。　１　ｒｘ－ｔ电场综合厂用电率的定义　综合厂用电量占发电量的百分比称为综合厂用　电率，其计算公式为：　综合厂用电率　＝　风机侧总发电量　Ｘ　１００　一２ｏｌ５擎蠢电姥培螭攫电量　口２ｏｘ５年拽直母鞠基耗电量　ｒ￣２０Ｘ５年蝴ｔ量　图１　Ｂ风电场２０１５年全年综合厂用电量构成统计　风电场电气一次系统由风力发电机组、集电系　统、升压变电站及站用电系统组成。风力发电机组　综合厂用电率　一（　塑　越　垫量二　３５ｋＶ侧发电量一上网电量一站用电量一无功设备用电量一３５ｋＶ侧下网电量＋购网电量　。　风机侧总发电量　．，　站用电量　无功补偿设备用电量、、，　。　。风机侧总发电量　风机侧总发电量　／～～　由上式可知，综合厂用电率由场内集电线路线　损率、主变及母线损耗率、站用电率、无功补偿设备　用电率构成，反映风电场在发电过程中发生的电能　损耗。　即场内集电线路线损率是造成综合厂用电率偏高的　主导因素。　２．１　调度限负荷对综合厂用电率的影响　场内集电线路线损电量占发电量的百分比称为　以内蒙古地区Ｂ风电场２０１５年全年综合厂用　电率数据为例，年度综合厂用电率为５．１　，较考评　场内集电线路损耗率，简称线损率，其计算公式为：　场内集电线路线损率　指标及同区域风电场对指标都明显偏高，表明此风　电场在发电量指标下存在较大的电能损耗。笔者对　一ｆ　型ｌ　篁垄里量＝　风机侧总发电量　垒蕉垒量、　１００　／　Ｂ风电场综合厂用电率高的原因进行了分析，给出　一（丛　盟　象　差　Ｊ改进瑁施。　３５ｋＶ侧下网电量、　２　风电场综合厂用电率偏高的原因分析　Ｂ风电场２Ｏ１５年综合厂用电量数据如图１所　十　河　＾　。／　。　用风机侧发电量减去３５ｋＶ侧净发电量所得的　示，在综合厂用电量的构成当中，以场内集电线路线　损电量为主，其次为主变及母线损耗电量，站用电量　和无功设备用电量占比较小。通过比对数据可知，　场内集电线路线损电量占综合厂用电量比重较大，　线损电量，称为统计线损电量，所计算出的线损率为　统计线损率。　由于地区电网实际容量有限，加之风电机组本　身输出状态的波动性与间歇性，风电接入电网的并　收稿日期：２０１７一Ｏ４—２５　作者简介：孙星（１９８５～），男，硕士，工程师，从事新能源电站运维管理工作。　·　７２　·　孙星·风电场综合厂用电率偏高原因分析及处理　网容量受到。风电场在冬季要让出一部分负荷　给供热机组，因此在冬季大风季节风电场弃风现象　较为严重，有电发不出去。在弃风限电状态下，风电　机组处于停运状态或限功率运行状态，对综合厂用　电率的直接影响就是在同等发电量条件下增加了场　内集电线路的损耗。　通过风电场集电线路理论模型来说明弃风限电　增加场内集电线路损耗的原理，理论简化模型如图　２所示。　图２风电场集电线路简化模型　风电场场内集电线路线损电量可表示为：　Ｐ　一∑Ｉ　ｚ　＋∑Ｉ　Ｚ　＋∑Ｉ　Ｚ。＋……＋Ｉ：Ｚ　或　２　３　“　Ｐ　一Ｉ｝ｚ１＋Ｉ；∑ｚ　＋Ｉ；∑ｚ．十……＋Ｉｉ∑ｚ。　因风电场在布置风机时，一条集电线路上一般　布置１Ｏ台左右的风机，且风机间距相同，所处位嚣，　地势情况相似，为了说明弃风限电情况下场内集电　线路损耗水平，有如下假设：①风电场一条集电线路　上风机均匀布置，集电线路等效阻抗随风机均匀分　布；②风电场一条集电线路上风机间风速相差较小，　计算时间内风力机出力相同。　根据假设条件有：　Ｉｌ—Ｉ２一Ｉ３一…ＩＮ—Ｉ　Ｚ１一Ｚ２一Ｚ３一…一Ｚ　一Ｚ　根据以上假设，经过均匀分布集电线路等效阻　抗所产生的损耗可以看成是一个等差数列，即：　Ｐ损耗一Ｉ。Ｚ＋２Ｉ　Ｚ＋３Ｉ　Ｚ＋…＋ｎＩ。Ｚ　则场内集电线路损耗电量公式可简化为：　Ｐ　一一　Ｉｚｚ　取集电线路上的风机数ｎ一６，此时集电线路损　耗电量为：　Ｐ　一∑Ｉ　Ｚ　＋∑Ｉ　Ｚ　＋∑Ｉ　Ｚ。＋∑Ｉ　Ｚ　＋∑　Ｉ　ｚ　＋Ｉ　ｚ　一　Ｉｚｚ　当总出力为Ｐ　，弃风限电时需将风场出力降为　Ｐ（负荷目标值）时，需停运ｎ台风机，实际运行６～ｎ　风机。由于经过均匀分布集电线路等效阻抗所产生　的损耗可以看成是一个等差数列，在限电停机时，停　机的顺序将影响整个损耗电量值的大小，即从线路　首端至末端的风机构成的线损依次对应等差数列第　一项至最后一项。因此，从线路首端开始停机和从　２０１７年第１３期　末端开始停机，所造成的线损将有所不同。　从线路首端开始停机，则有：　Ｐ　一　Ｐ　表１　线路首端开始停机线损数据　由此可知，同等发电量下，限电运行情况下的集　电线路损耗要大于不限电运行情况下的集电线路损　耗，且随限负荷停运风机台数的增加而增加。　如果从线路末端开始停机，则有：　Ｐ　一　Ｐ　表２　线路末端开始停机线损数据　由此可知，从线路末端开始停机，造成的集电线　路损耗比从线路首端开始停机造成的集电线路损耗　要大，且随限电停运风机台数的增加而增加。　图３　Ｂ风电场２０１５年限电占比与综合厂用电率曲线对比　图３为２０１５年Ｂ风电场限电情况，限电占比为　限电损失电量与等效不限电情况下应发电量之比，　在限电较为严重的１、２、３月份，相应的综合厂用电　率也较大。　２．２　小风天气对综合厂用电率的影响　小风天气对综合厂用电率的影响较为直观，即在　同等发电量条件下增加了购网电量，从而增加了综合　厂用电量，购网电量的增加主要是由于小风天气风机　发电量较小或无风停运，不足以维持风电场设备自用　电和场站生活用电。以月为统计单位来看，出现购网　电量大有两种情况，一种是月风速分布不均匀，月均　·　７３　·　总第３８３期　风速较大但无风天数多，此种情况一般在冬春交替，　季节变化时出现；另一种是月均风速较小，此种情况　一内蒙占科技与　济　器、电力电缆等无功电源进行无功补偿．保证场Ｉ大Ｊ每　条集电线路出口处无功功率接近为０。风电场升　站采用高压静止尤功补偿设备对主变压器、ｌ乜力电　般发生　夏季小风季节。前一种情况一般对综合　种情况容易使综合厂用电率增加。　厂用电率的增高影响较小，因为发电量基数较大。后　一缆、进行无功补偿保证风电场并网点电压的稳定性　和无功功率平衡。　３．２　弃风限电时的停机策略　２．３　站用电方式对综合厂用电率的影响　由上述分析得出，同等发电量情况下．弃风限电　会导致场内集电线路损耗增大，目　停机顺序　造　成的损耗也有所不同。山此．在限电运行时，要优化　停　１．ＪＩ顷序，要平衡每条集电线路的停机数量，停机顺　序应从线路首端开始。ｍ于Ｂ风电场使用的金风　７７／１　５００风电机组町以限功率运行，在限电时町以　通过限功率运行改善线路损耗，但是风力机　在大　图４　Ｂ风电场２Ｏ１５年站用电量　风天气限功率运行会导致变浆系统频繁动作．机组　站用电量主要反映风电场场内设备用电和生活　川电情况，虽然在综合厂用电量的构成当中站用电　故障率将增大。综合以上情况，在限电占比较低时　可以采用限功率停机，在限电占比较大时采川令功　艟占比较小，但也是诱发综合厂用电率高的原因。　以２０１５年站用电数据为例，站用电量的使用有一定　的规律一Ｉ＋ｔ：－．即在冬季用电最较大，集中在１、２、３、１０、　１　ｌ、１　２月份。这是巾于Ｂ风电场地处白云鄂博矿　区。冬季气温较低，风电场厂房需投入电锅炉进行供　率停机且要优化停机策略。　３．３　降低站用电量　通过上述分析，Ｂ风电场冬季站片Ｊ电量较大，主　要由冬季供暖用电引起。根据２０１　５年运行经验及　风电场实际情况，Ｂ风电场２０１　６年对场区综合楼外　墙进行‘Ｔ保温工程，保温处理后综合楼整体保温效　热。必要时还需投入电暖气进行辅助供热。在供热　】份站用电量月均都达到８万度以上，数目相当可　果得到了改善，室内温度保持较好。与２Ｏ１５年冬季　相比，电锅炉投入温度降低、阴面宿舍无须使用电暖　气，站用电量明显减少。　在日常运行生产过程巾，还应ｌＪＪⅡ强对生活用电　观，可见冬季站用电最较大也是该厂综合厂用电率　高的原因。　２．　ｔ　无功补偿设备对综合厂用电率的影响　的管删，诸如室内照明、计算机等设备刚电，加强节　约片ｊ电的管理规范和宣传力度。　３．４　降低风电机组自用电　小风季节的购网电精较大，主要足风机门用电　量较大造成，风力机用电设备主要　水冷系统加热　装置、散热风扇、偏航电机、变桨电机。　夏季由于环境温度较高，风力机　无风停机状　图５　Ｂ风电场２０１　５年无功设备用电量　无功补偿没备用电鼠由电抗器用电量和电容器　用电量构成．从数据上可以看出。如图５所示。Ｂ风　态下可将散热风扇启动限值加大，能降低散热风崩　启动次数。　在额定风速以上和额定风速以下降低偏航系统　电场无功补偿设备用电量中电抗器用电量占比较大。　３　降低Ｎ１．电场综合厂用电率的方法　的对风精度可减少偏航电机启动次数。　３．５　加强无功补偿设备的运行管理　针对以上分析出的导致综合厂用电率高的原　，给出以下几点降低综合厂用电率的方法。　优化运行方式　根据风电场的实际运行经验，　力较大时，系　３．１　统无功需求量较大，需投入兀功补偿没备对系统进　行补偿。由于Ｂ风电场采用的是　定容量的Ｉ乜容　由上述分析得出，综合厂用电率高的主要原因　为场内集电线路损耗较大。要保证线损在一个合理　范围内．应首先保证风电场运行方式的合理性。风　力发电机组出口功率因数应保持在一０．９５～＋０．９５　范围内，Ｌ１前国内主流机型都可以的满足此要求。　采．｝＝｝ｊ分区进行无功补偿．减少无功功率在线路上的　流动可以有效降低线损。　Ｂ风电场使用的风力发电机组为直驱永磁同步　器组，只能通过与磁阀电抗器配合使用来满足系统　的无功要求，电容器投退不及时或投退容量不合理。　将发生欠补偿和过补偿的现象。欠补偿将使系统无　功功率不足，功率凶数下降，系统损耗将增加。过补　偿将使电抗器ｌ　作在大电流状态，兀肜中增ｌ『ＪｌＩ　ｒ电　抗器的用电量。根据风电场的实际运行情况，对无　功补偿装置的控制策略进行ｒ优化，提高了系统的　动态响应特性。　风力机组．此机型可以发出一定数量的无功功率，采　用风力发电机组尤功功率自动控制来对机组变压　·（Ｆ转第７６贝）　７４·　内蒙卉科技与经济　蛳．埘叶片的逊一步分　，ｌ　影响。　心，从ｆ　实现检测每　汽道型线的于ｆｉ转、最大　度、　测㈨”’采川叶”｝　舰菠式装火的方式，根　叶根的　理线．线　割制作术绒叶片０川叶根罱规　（　２），　部ｌ从Ｊ侧ＪＪｌ】』　压板槽。　先刚叶根　ｆ将　片…定，　　邴他川顶紧螺栓紧　，再通过Ｊ　板将　醚　…定　旋转　笼罩似的Ｉ　装１人Ｊ。实现　、　Ｊ一　’欠的稳定．从　达到仫电叶片测呲Ｉ　Ｉ＿过程的稳　搜数据的　祭性。　一　弦长等技术参数（见　１）。　ｒ　｝　：｛　程序优化　愉测叶＂软什编程时，针埘公司核电术级叶，｝｛　的技术参数．　过ｒｊ积月累的摸索尝试．将俭测程序　…化．录取分Ｉ　拍摄，每Ｊ　十ｆｌ摄１　５　ｌｍ　而．即可缁　刊叶　的完　的洲　数撕。避免扪摄…幅过多浪费　资源、影响偷测效率．㈣　少则得　到完枢的检测数　“ｔ　．火上愉洲　卷义。　优化愉删　，辅助Ｌ、ＡＩ）数模·次编稃制定　愉测汁划（依　检叶片的技术参数）。将要待检叶　５　结论　图，ｔ扭转检测数据　基于ＡＴＯＳ　Ｓｃａｎ　Ｂｏｘ三维测量系统快速测　核电未级大叶片的研究，可高效地完成公·司核电　一●●照　ＨＨ■＿暑　１　３７５ｎｍ　大型叶片的检测任务，从拍摄开始到打印　输出检测报告大约２０ｒａｉｎ／片，　著提升了测效　ｊ　‘的坎术参数　序执行虚拟运行。存实际检测过　ＩＩＩ执仃检测　序．拍摄完　检测结　经过刷新　Ｊ　就ｒｔＪ　吱小批　的技术参数榆测，重复榆测时无需　修收愉测程序．减少Ｊ　刈’每支叶片郁需　新编　的【｛０‘问．提ｆ　愉测效率　数据分析实例　＂埘公一　１：｛７５ｍｎ１核电…‘片，拍搬完毕后，执　仃多边化汁铆：　铡实际叶片的数据，阿将ＣＡＤ数　１率，降低榆测成本，儿完链的数据分析对公司此类大　型叶片的生产、工艺改进、总装装配提供了重要依　据。此研究力‘法可推Ｊ　‘应用于三维测量系统检测范　ｌ书Ｊ内的　种叶片检测。　［参考文献］　Ｅ１］　吴志新，韩巍．黄伟．非接触式白光测量机在叶　Ｊ实际数执；执　坝埘齐（软件以最　拟合的　式　进ｆ　料【略对齐）．然后在叶根Ｊ：作而上创建对称的ｆＩＩ１　『ｆｌｆ点．执行主　埘齐ＲＰＳ埘齐，实现叶片检测卜ｊ装　川步　准。精对齐后在实际网络上创建对比分析　片检测中的研究与应用［Ｊ］．航空制造技术，　２０１４，４（１３）：４８～５１．　（　ｊ　Ｌ’ＡＩ）数帧进行埘比分忻），软件经过计算，通过　个＝场　筹比较彩　．町定　划定及定ｆｆｉ＝测得到完　的叶片数抛（屺ｌ到３）。　ｏｂａｌ　ＳｔａｔＵＳ的汽轮机叶片检测　Ｅ２］　．基于Ｇｌ技术研究［Ｊ］．机械工程师，２０１２。（７）：６９～７０．　［３］　赵灿，汤春瑞．刘丹丹，等．一种大型叶片全尺　寸检测方法：ｃＮ，ＣＮ　１０３１４８７８４　Ａ　Ｅ　Ｐ］．　２０ｌ３．　Ｅ４］　徐骅，张秋菊．针对叶片型面检测的激光测量　系统的规划及相关研究［Ｊ］．汽轮机技术，　２００６．４８（１）：７６～８０．　０　ｆ；董』＝＝　＃１　！｛　兰＃　１＝，．｝１一　＿｛誊　＿＿｝　墨　＿｛　～ｌ＾＝　Ｉ　＇－卜｝，０　髯　　…　…　０：ｊ　量ｔ｝ｔ卜ｔ　：斗　－■■■■一Ｈ　ｎＵ　Ｈ　ＨＵ■＿［５］　杨党纲，杨青．李硕宁，等．激光非接触叶片型　面测量系统研制ＥＡ３．全国无损检测学术年会　［Ｌ、］．２０１０．　…图３　１　３７５ｍｍ叶片检测实例　●　埘１　３７５ｌｌｌｌｌｌ叶片整体对比分析后．　根据叶片　分析软件．存ｆ　道上创建愉测裁面，得刽戡面的形　。ｇｍ　ｇ　。　。　。　。　。　。　Ｉ—ｂＪ　康敏，徐家文．用三坐标测量机检测整体叶轮　叶片型面误差［Ｊ］．工具技术。２００２，３６（８）：５５　～　５７．　。　护　。　、　（１　接第７４贝）　电率明　改善，年均综合厂用电率降低了０．６３　。　［参考文献］　一２０１５年精台厂帛电睾　·２０１６年练台厂用电率　［１］　吴官安，倪保珊．电力系统线损［Ｍ］．北京：中　国电力出版社，１９９６．　Ｅ２］　金字清，黄桦，鞠平．潘学萍用于风电场聚合建　模的内部集电网络变换方法［Ｊ］．电力系统保　图６　Ｉｊ风电场２（）ｌ　５年、２【］１　６年综合厂用电率对比　１　结论　护与控制，２０１　２，４０（１　６）：３４～３９．　［３］　王哲峰，王珊珊．降低风电场综合厂用电率的　迎过Ｂ　ＩＵ场２０１　５　的各项发　数据．分析　Ｊ　综　ｌ　用ｌＵ啤　高的原Ｉｋ１．　２ｏ１　６　的运行工作　－Ｉ１．采＿ｒ｝ｊ了　火卅疗《叵进ｉ彳优化运行，风ｆＵ场综合厂川　·　探讨［Ｊ］．内蒙古科技与经济，２ｏ１２，（３）：１００．　［４］　江少成，常宇．几种静止型动态无功补偿　（ＳＶＣ）装置的性能及应用场合分析［Ｊ］．浙江　电力，２００９，５（１）：３２～３６．　７６　·