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摘要：本文主要针对风力发电场电气系统设计展开探讨，对风力发电场的电气系统设计的要求，以及具体的设计方案进行了总结，并对其应用的方法进行了分析，希望可以为今后风力发电场电气系统设计工作提供参考。
关键词：风力发电场；电气系统；设计；应用
前言
在风力发电场的电气系统设计过程中，必须要考虑到其设计的需求，以及系统的应用方法，所以，在风力发电场，电气系统设计过程中，要考虑到在具体的设计环节所应该采取的设计技术，保证设计更加符合要求。
1、风力发电场概述
1.1风电场的概念
风力发电场（简称“风电场”）是在风能资源良好的地域范围内，由同一单位经营管理的所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施和运行维护人员等共同组成的集合体；是将多台风力发电机组按照一定的规则排成阵列，组成风力发电机群，将捕获的风能转换成电能，并通过输电线路送入电网的场所。
建设风电场是大规模利用风能的有效方式，20世纪80年代初兴起于美国的加利福尼亚州，如今在世界范围内得到蓬勃发展，特别是我国，风力发电产业发展迅猛。
21世纪初，欧洲国家率先兴建了大型海上风电场，如丹麦的HornsRev和英国的NorthHoyle风电场。美国、印度等国家也在大力推进更大的海上风能开发计划，我国第一座大型海上风电场——东海大桥风电场于2009年末全部风机实现并网发电。
1.2风电场的特点
风电场因其特殊的发电特性，具有如下特点：
（1）风力资源具有丰富性。风电场的电能资源来自于风能。大气的流动形成了风，风资源是取之不尽、用之不竭的。
（2）风力发电具有环保性。风力发电是朝阳产业、绿色能源，风力发电在减少常规能源消耗的同时，较其他形式发电向大气排放的污染物为零，对保护大气环境有积极作用。
（3）风电场址具有特殊性。为达到较好的经济效益，应选择风资源丰富的场址。要求场址所在地年平均风速大于6.0～7.0m/s，风速年变化相对较小，30m高度处的年有效风力时数在6000h以上，风功率密度达到250W/m2以上。
（4）生产方式具有分散性。由于风力发电机组单机容量小，每一个风电场的发电机组数目都很多，所以，风电场的电能生产方式比较分散。
2、风力发电对电能质量的影响及改善
2.1影响
随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注。风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率呈波动性，可能会影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等。风力发电机组大多采用软并网方式，但是在启动时仍然会产生较大的冲击电流。当风速超过切出风速时，风机会从额定出力状态下自动退出运行。
2.2电能质量的改善
改善的基础性工作：首先要掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；第二是分析诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析，排除虚假的谐波干扰；第三是开展系统的合理设计和改造，变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询，线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损，降低设备损失事故，最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试，以了解治理后的效果，并总结经验。
3、风力发电厂电气主接线的设计
风力发电厂总装机容量为49.5MW，安装33台1.5MW风力发电机组，风力发电机出口电压为690V。风电厂出线为1回，经架空线接入220kV变电站。风电机出口电压为690V，每台风电机配置1台箱式变压器，箱变可将风电机出口电压升高至10kV或35kV后接入风电场220kV升压站中压开关柜。下面主要对10kV或35kV集电线路方案进行比较。
采用10kV架空线方案，联合单元电能经10kVLGJ–150/25架空线送至升压站，通过经济电流密度计算，每回线路最大可输送约4500kW，根据风电机布置情况，设11回10kV架空进线，该方案设备投资稍低，但年线路损耗费用很大，且输电距离较远，电压损失较大，远离变电站几回线路电压损失接近7%。由于输送容量小，回路数量较多，损耗大、发电效率低，不建议采用，本报告也不再对10kV架空输电方案进行经济比较。
采用10kV电缆输电方案，结合风电机布置情况，联合单元电能经YJY23–3×400~5008.7/10kV电力电缆送至升压站，每回线路最大可输送约9000kW，根据风机布置情况，每5~6台风机组成一个联合单元，共6回10kV电缆进线。本输电线路方案为方案1。
采用35kV架空线方案，结合风电机布置情况，联合单元电能经35kVLGJ–185/30架空线送至升压站，通过经济电流密度计算，每回线路最大可输送约18000kW，根据风机布置情况，每11台风机组成一个联合单元，风电场共设3回35kV架空进线，本输电线路方案为方案2。
采用35kV电缆输电方案，结合风电机布置情况，联合单元电能经YJY23–3×18526/35kV电力电缆送至升压站，每回线路最大可输送约18000kW，根据风机布置情况，每10~12台风机组成一个联合单元，风电场共设3回35kV电缆进线。本输电线路方案为方案3。
比较可知10kV线路比35kV费用高，根据经济性和可靠性选定35kV。
风力发电厂总装机容量为49.5MW，风电机出口电压为690V，经箱变升压至35kV。风电机变压器采用单元接线投资较低，电能损耗少，一台变压器或一台风电机故障不影响其他风电机正常运行，该接线简单，操作方便。
风电机—变压器采用单元接线，电压从0.69kV升压至35kV，在箱变35kV侧组成联合单元接线，根据风电机布置共组成3个联合单元，每一联合单元电能经1回35kV架空线路送至风电场220kV升压站35kV配电装置母线。
升压站本期35kV出线1回，进线3回，采用单母线接线。35kV侧接线最终为单母线分段接线，为尽量避免二期工程对35kV配电装置正常运行的影响，减少升压站停电时间，本期工程35kV开关柜设备增加一面母线分段隔离柜。
本工程场用电设1台场用变压器，电源引自35kV母线，变压器采用SC–160/35，160kVA，35±2×2.5%/0.4kV；考虑到供电可靠性，另设一回场用备用电源。备用电源获取方式可根据下列情况确定：地区电网提供的施工电源有足够的可靠性使其可成为永久性供电回路，则以此电源作为升压场用备用电源；如不具备上述条件，则配置一台柴油发电机作为场用电备用电源。暂推荐地区电网提供的施工电源作为场用备用电源。低压侧设5面场用配电盘。场用电源运行方式：正常情况下由工作电源供电，当工作电源失去时，进线断路器断开，备自投装置动作，备用电源进线断路器合闸投入运行。
本工程风机较多，各风机相距较远，箱式变压器电压等级为35kV，集电线路采用35kV架空线路，风电机电能经架空线送入升压站，经计算，风电场最大单相接地电容电流约为15A，大于10A，根据规范要求，需装设消弧设备，因此升压站35kV配电装置母线上装设1台消弧消谐柜。
4、结束语
综上所述，风力发电场的电气系统设计有很多要求，同时也包含了许多设计环节，本文总结了风力发电场电气系统设计的方案以及技术，并对其应用的要求进行了总结，可供今后参考和借鉴。
参考文献
[1]肖创英.欧美风电发展的经验与启示[M].北京：中国电力出版社，2017.80
[2]朱强，张旭.风电场电气系统[M].北京：机械工业出版社，2018.7