62409畢業(yè)設計（論文）風電場電氣主接線設計與優(yōu)化

1、摘 要 風力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源發(fā)電方式,已越來越受到世界各國的歡迎，與此同時，風電場設計也備受重視。雖然風電場電氣設計與傳統(tǒng)電廠設計的原理相同,但傳統(tǒng)的設計方法并不一定適合風電場設計。所以有必要進行專門針對風電場電氣主接線設計的研究。風電場的電氣設計主要包含幾個方面：風力發(fā)電機組升壓方式、風電場集電線路選擇、風機（風電機組）分組及連接方式。現(xiàn)國內(nèi)外風力發(fā)電機組出線電壓多為690v，多采用升至35kv方案。風電場集電線路方案一般采用架空線或電纜敷設方式。架空線的成本較低,但可靠性較低,電纜的成本高,可靠性也高；集電線路結構有4種常用方案，鏈形結構；單邊環(huán)形結構；雙邊環(huán)形結構；復合環(huán)形結

2、構。鏈形結構簡單，成本不高。環(huán)形設計成本較高，但其可靠性較高。風力發(fā)電機分組多為靠風機的排布位置、及結合現(xiàn)場施工的便捷性制定。作者主要針對風電場電氣主接線進行設計和優(yōu)化,通過對風機的分組和連接方式、風電場集電線路方案、風電場短路電流計算及設備選取等的問題進行深入的計算與討論，提出一些關于風機分組連接、集電線路設計的可行方案。并通過現(xiàn)有風電場的數(shù)據(jù)，對方案進行技術和經(jīng)濟方面的比較，確定最終方案并對其進行優(yōu)化。為今后的風電場設計提供一些經(jīng)驗和參考意見, 便于今后找出一套適用于風電場電氣主接線設計的方法。關鍵詞：風電場,電氣設計, 集電系統(tǒng),優(yōu)化abstractby the wind power a

3、s one kind of clean renewable energy source the electricity generation way, the design of wind farm has been popular and been paid attention to with the world. although the electrical design of wind farm and the traditional design technology at the electrical principle is the same, but sometimes the

4、 methods are not suitable in fact. so specifically for the electrical design of wind farm has come into being.the electrical design of wind farm mainly includes several aspects: wind turbine generators, wind energy booster way of electrical collector system, wgtss group and connection. now the wgtss

5、 voltage qualifies for 690v, and much taking the voltage to 35kv. wind farm electrical collector system generally uses the bus or cable. the cost of bus is relatively lower, but reliability is low, cable is high costs and high reliability; the electrical collector system has four common solutions, s

6、tring clustering; unilateral redundancy clustering; bilateral redundancy clustering; composite redundancy clustering. string clustering is simple structure, cost is not high. with redundancy design cost is higher, but it has high reliability. for more on wtgs group and combining lay on its location

7、and the convenient of building. we will discuss about the main points of the wind farm electrical design and optimized. it will get some design which is about the grouping and connection and the connection lines that can be used, by calculating and discussing, include the grouping and connection of

8、the wtgs, the connection lines, the wind farm electrical short-circuit current computation , the equipment selection and so on. we will compare different schemes from the economic and technical aspects based on exciting wind farm data, then optimizing and being sure these plans. these conclusions an

9、d viewpoints can be references for the future wind farm design, and be easy finding out a set of way to be suitable the electrical design of wind farm. key words: wind farm, electrical design, electrical collector system, optimization目 錄摘 要 abstract第1章 緒論31.1研究背景 31.2研究意義41.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.4本文主要內(nèi)容5第2章 風場

10、介紹及主要設備選型62.1風電場基本資料 62.2電氣主接線設計 62.3主要設備選型 8 2.3.1風電機組的選型8 2.3.2風機箱變的選型8 2.3.3主變壓器的選型9第3章 風電場接線方案比選113.1概述 113.2集電線路方案比選11 3.2.1方案描述及比較11 3.2.1.1技術特點11 3.2.1.2經(jīng)濟比較12 3.2.2結論133.3風機分組和連接方案的比選 13 3.3.1方案描述13 3.3.2方案比較13 3.3.2.1技術比較13 3.3.2.2經(jīng)濟比較21 3.3.3結論213.4本章小結 22第4章 短路電流計算及其它電氣設備的選取234.1計算說明 234.

11、2系統(tǒng)等效簡化圖 234.3短路電流的計算 24 4.3.1各元件的標幺值24 4.3.2 各短路點的短路電流計算244.4其它電氣設備的選取 26 4.4.1 斷路器的選取26 4.4.2隔離開關的選取28 4.4.3 電壓互感器的選取28 4.4.4電流互感器的選取284.5本章小結 30第5章 方案優(yōu)化315.1概述 315.2風機分組的優(yōu)化 31 5.2.1技術比較31 5.2.2經(jīng)濟比較34 5.2.3結論345.3線路優(yōu)化 35 5.3.1線路的選擇35 5.3.2技術比較35 5.3.3經(jīng)濟比較38 5.3.4結論385.4本章小結 39結 論 40參考文獻41附 錄 42致 謝

12、 45第1章 緒論1.1 研究背景風能是一種無污染的、儲量豐富的可再生能源。隨著全球環(huán)保問題的日益突出,傳統(tǒng)化石能源供應的日趨緊張,風力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源的發(fā)電方式, 也是新能源發(fā)電技術中最成熟和最具規(guī)模開發(fā)條件的發(fā)電方式之一，已越來越受到世界各國的歡迎和重視。在過去的5年間，風電發(fā)展不斷超越其預期的發(fā)展速度，而且一直保持著世界增長最快能源的地位。2005年以來，全球風電累計裝機容量年平均增長率為27.3%，新增裝機容量年平均增長率為36.1。根據(jù)丹麥btm咨詢公司報告，2009年全球有超過3810.3萬kw的新增裝機容量并入電網(wǎng)，營業(yè)總額達到500億歐元。截至2009年底，全世界風

13、電累積裝機總容量約為1.6億kw，同比上年增長31%.目前，風電的年發(fā)電量約3400億kwh，風力發(fā)電量已經(jīng)占到世界總發(fā)電量的2% 以上。在累計裝機容量上，歐洲仍然是風力發(fā)電市場的領導者，截至2009年底，其累積裝機總容量為7655.3萬kw，占全世界風電總裝機的 47.9%，提前超額完成了到2010年風電裝機容量達到4000萬kw的目標。但是，在2009年新增裝機容量方面，歐洲只占28.2%，北美洲達到 39.3%，亞洲達到30%0，歐洲已經(jīng)失去其領先的地位了。目前，德國、西班牙和意大利三國的風電機組的裝機容量約占到歐洲總量的65%。近年來，在歐洲大力發(fā)展風電產(chǎn)業(yè)的國家還有法國、英國、葡萄牙

14、、丹麥、荷蘭、奧地利、瑞典、愛爾蘭。歐洲之外，發(fā)展風電的主要國家有美國、中國、印度、加拿大和日本。迄今為止，世界上已有82個國家在積極開發(fā)和應用風能資源。風電在未來20年內(nèi)將是世界上發(fā)展最快的能源。隨著我國風電產(chǎn)業(yè)優(yōu)惠和激勵政策的相繼出臺以及2006年1月1日可再生能源法的頒布實施，風力發(fā)電得到了飛躍發(fā)展。截至2009年底全國風電裝機容量已超過2500萬千瓦，連續(xù)三年增長率超過100%，2010年中國新增風電裝機容量18927.99兆瓦，累計風電裝機容量44733.29兆瓦，雙居全球第一位。但我國風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展只是近幾年的事情,且相應的風電場電氣設計也是在近幾年才真正發(fā)展起來,因此還不成熟

15、。與傳統(tǒng)的電場設計相比, 風電場電氣設計并沒有完全統(tǒng)一詳細的規(guī)程規(guī)范,僅有一部風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定（征求意見稿）作為參考。雖然風電場電氣設計與傳統(tǒng)的電場設計,在電氣原理上是相同的,但是實際工程設計的時候又有所不同。風電場電氣設計有很多設計方法由于沒有經(jīng)驗可參照,都是按照傳統(tǒng)電場設計的方法進行設計,且由于風電場與傳統(tǒng)電場的區(qū)別,這些設計方法并不一定適合。在這種情況下，風電場設計的工作量卻還在快速增長當中。因此很多設計單位的風電場設計工程的數(shù)量都在增加，有些設計院甚至專門設立了新能源設計部門，專門負責風電的設計。很多之前沒有接觸過風電的設計人員，都加入到風電設計的隊伍中8。因此，也造成了各地

16、風電場的電氣主接線設計良莠不齊，無規(guī)可循。1.2 研究意義風電場電氣設計方面水平的提高和發(fā)展，對于風電事業(yè)建設進一步發(fā)展有著重大的意義，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）風電場的選址、風機安裝點的選址主要是從風資源的角度去考慮，而關于風電場內(nèi)的電氣接線方案、風機布置方案的研究可為其提供參考因素；（2）為風電場的風力發(fā)電機的選型提供參考；（3）現(xiàn)已設計的許多風電場的風機分組、接線方式都采用了比較直觀的方案，但缺乏經(jīng)濟性、可靠性方面的綜合考慮和比較。風機分組、接線的討論為今后的設計提供多種參考方案，有利于設計時擇優(yōu)選取。且風電大規(guī)模、迅速的建設，要求風電場的設計盡快成型，從而減少工程建設進度與設計進

17、度的矛盾，加快風電場建設的速度，提高工程建設和管理的效率。從而再在這一基礎上,對一些以往的風電場電氣設計方案加以優(yōu)化,從而加快風電這一行業(yè)的發(fā)展。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀風電場電氣主接線的設計主要分以下幾個方面：風力發(fā)電機組升壓方式、風電場集電線路選擇、風力發(fā)電機分組及連接方式、風電場無功補償及等。風力發(fā)電機組升壓：現(xiàn)國內(nèi)外風力發(fā)電機組出線電壓多為690v，若直接匯總并接入風電場的總升壓站，則電能損耗過大，且導體的截面過大，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。但從年運行費用上比較，在經(jīng)濟輸送容量的范圍內(nèi)，35kv方案線損較小，且維護工作較少。因此，現(xiàn)國

18、內(nèi)外風力發(fā)電機組升壓多采用35kv方案3。國外也有實驗將風機直接升壓至110kv，不經(jīng)過整個電廠的主變整合而電網(wǎng)相連接。但是這樣的結果卻是會導致風機的頻繁離并網(wǎng)，最終，使得風機的總發(fā)電量降低，電品質下降，風電上網(wǎng)困難16。風電場接線集電線路結構共有5種常用方案，鏈形結構；單邊環(huán)形結構；雙邊環(huán)形結構；復合環(huán)形結構；星形結構15。鏈形是已建風電場中用的最多的一種連接方法，結構簡單，成本不高，其基本思想是將一定數(shù)目的風力發(fā)電機（包括其附帶升壓變壓器）連接在一條電纜之上。主要問題是每條鏈上的風機數(shù)目受到地理位置、電纜長度、電纜容量等參數(shù)限制。環(huán)形設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

19、因其能實現(xiàn)一定程度的冗余，可靠性較高。其中，單邊環(huán)形結構是將鏈形中每串尾部的風力發(fā)電機通過電纜接回匯流母線；雙邊環(huán)形結構是將鏈形中兩相鄰串的尾部風力發(fā)電機相連；復合環(huán)形結構是將單邊和雙邊兩種環(huán)形相結合并改進的一種結構8。風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這兩種。由于風電場年利用小時數(shù)較低，檢修線路對發(fā)電量造成的損失較小，在考慮建設成本、施工難度、運行成本等諸多因素后，大多風電場集電線路均選用架空閑時接線方案鏈形結構。但介于我國的相關規(guī)定及現(xiàn)狀，現(xiàn)多采用電纜敷設方案。風力發(fā)電機分組多為靠風機的排布位置、及結合現(xiàn)場施工的便捷性制定。大多數(shù)情況下，要盡量使風機均勻的分部到各

20、個集電之路上，以免造成風場運轉時由于各條支路電量不均而造成的沖擊14。合理的進行風機分組可以使風電場電纜或架空線等導體投資盡量節(jié)省，使主接線方案優(yōu)化。風電場無功補償：在目前已經(jīng)建成和在建的風電工程中，35kv母線無功補償方式主要有，固定投切電容器組補償方式及降壓式動態(tài)無功補償方式。在工程造價允許的前提下大多優(yōu)先選用靜止無功補償裝置方式2。1.4 本文主要內(nèi)容本文在通過對某一風電場電氣方面的設計及其所面臨的困難、研究意義等內(nèi)容的基礎上，對風電場電氣設計的幾個重要部分進行了討論和研究，其中主要包括以下部分內(nèi)容：（1）確定風場，所布置的機型，主接線形式及主變；（2）討論了風電場集電線路的方案，并從經(jīng)

21、濟和技術上進行比較；（3）討論了風電場風機的分組和連接方案，并從經(jīng)濟和技術上進行比較；（4）進行了短路電流的計算, 用以選擇和校驗所選電氣設備的相關參數(shù)；（5）提出可行的優(yōu)化方案并與原方案從經(jīng)濟和技術上進行比較。第2章 風電場介紹及主要設備選型2.1 風電場基本資料申華協(xié)合貢寶拉格風力發(fā)電場位于內(nèi)蒙古太仆寺旗正南方向17公里處，中心位置為北緯4147654、東經(jīng)11516110，海拔高度1470-1557米，年平均風速7.6m/s。風電場處于中溫帶，屬亞干旱大陸氣候，冬季漫長而寒冷，夏天涼爽而短促?，F(xiàn)設計風電場使用1.5mw雙饋型風力發(fā)電機組33臺，總裝機容量49.5mw，風電場集電采用35k

22、v線路，分布在大約30平方公里的丘陵上，33臺風電機組設計分五個集電回路，線路總長約28公里。風電廠有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。電能由風電場升壓站經(jīng)太仆寺旗包場變電站往明安圖中心變電所送出。 2.2 電氣主接線設計介于風電場的容量較少,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,設備少,操作簡單和便于擴建的優(yōu)點,適用于此電場的主接線設計方式.電廠的主接線圖如下:圖2-1. 主接線圖2.3 主要設備選型2.3.1 風電機組的選型現(xiàn)選擇由中國南車集團出產(chǎn)的yff06型1.5mw風冷雙饋風力發(fā)電機,具體數(shù)據(jù)如下: 2

23、.3.2 風機箱變的選型風機出口電壓為690v,所以需要為風機提供一變壓器以達到集電線路的額定電壓,具體數(shù)據(jù)如下:表1. 風力發(fā)電機箱變參數(shù)型號s11-m-1500/35容量1500kva電壓35000v/690v產(chǎn)品代號oht.710.923頻率50hz相數(shù)三相聯(lián)結組標號dyn11冷卻方式onan使用條件戶外絕緣水平l1200a95/ac5短路阻抗6.26%器身重2270kg出廠序號by0909023標準代號gb1094.12-1996、gb1094.3-2003gb1904.5-2003、gb/t6451-2008 分接位置高壓電壓v3858837669367503583134912電流a

24、15.7低壓電壓v690電流a836.742.3.3主變壓器的選型風電場的總容量為49.5mw.所接電網(wǎng)電壓為110kv,以此數(shù)據(jù)選擇主變壓器, 具體數(shù)據(jù)如下:表2. 風電場主變壓器參數(shù)型號sfz10-63000/110相數(shù)3相頻率50.00hz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)結組標號ynyn0產(chǎn)品代號1tb.714.0058.1出廠序號a20098t22-1出廠日期2009.08變壓器油牌號db-45標準序號gb1094器身重43.6 t上節(jié)油箱重5.6 t油重21.6 t運輸重68.9 t總重83.2 t絕緣水平h.

25、v.線路端子 li/ac 480/200 kvh.v.中性點端子 li/ac 325/140 kvi.v.線路端子 li/ac 200/85 kvi.v.中性點端子 li/ac 200/85 kv空載電流空載損耗負載損耗0.124%40.7kw237.0kw短路阻抗%最高電壓分接額定電壓分接最低電壓分接10.6310.1810.02第3章 風電場接線方案比選3.1 概述此次設計的模擬風電場的容量較小，但由于風電的特殊性，風電場接入電網(wǎng)對系統(tǒng)的影響也不可小覷。因此在這些風電場，風力發(fā)電升壓系統(tǒng)要求具有高度的可靠性，風電場不可隨意接入電網(wǎng)或與電網(wǎng)斷開連接，機組無論在起動、正常運行或事故停機時，都應

26、盡量縮小影響范圍，以確保其它機組的正常運行。該風場為內(nèi)陸風電場,屬于丘陵地帶，風機多部于矮山之上.不同于沿海風電場風場的風機沿海岸線狹長的布置方式，風機的布置十分分散，大部分風機距風電場升壓站較遠，有的甚至達到幾公里.而風電場風機臺數(shù)較多、布置分散的特點，決定了風電場集電系統(tǒng)設計的特殊性，即需根據(jù)風電場的裝機規(guī)模確定采用一級升壓或經(jīng)過兩級升壓，風電場需設置集電線路，風機的分組和布置也有多種方案。3.2 集電線路方案比選3.2.1方案描述及比較風電場的風機至中心升壓站之間的集電線路有電纜和架空線兩種方案可供選擇,下面將從經(jīng)濟和技術兩個方面對這兩種方案進行比較。3.2.1.1 技術特點架空線:（1

27、）由于采用架空線,導線裸露在空氣中,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,以減少機組無為跳閘的可能性；（3）架空線相同截面導線載流量比電纜大得多,如此次設計采用架空線則導線截面積可以選的較小。但是在一些地區(qū)如沿海風電場由于海風較大,采用架空線方案時對鐵塔的要求較高,造價也增加較大,可靠性也有所下降.還有在一些地區(qū)牽涉到視覺觀賞性等,也必須采用電纜。電纜:（1） 電纜由于埋設在地下,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

28、,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） 電纜相同截面導線載流量比架空線小得多,如本設計采用電纜則導線截面積要大一些,且需選擇三根電纜.3.2.1.2 經(jīng)濟比較(1).導線的選擇線路正常工作電流:由于最大負荷年利用小時少于2000h,j=1.76(架空線)(1.27,電纜),故,架空線選擇導線為35kv lgj-120型,查得允許電流為380a,正常允許的最高溫度為90,r=0.263 /km,x=0.200 /km；電纜選擇為35kv yjlv22-3*50型, 查得允許電流為271

29、a,正常允許的最高溫度為60,r=0.641 /km,x=0.12 /km。現(xiàn)計算得到架空線載流修正系數(shù):滿足長期發(fā)熱要求現(xiàn)計算得到電纜載流修正系數(shù):現(xiàn)采用電纜直埋的敷設方式,電纜的載流量修正系數(shù),因土壤熱阻系數(shù)為標準值,故修正系數(shù)滿足長期發(fā)熱要求價格方面:（1）35kv架空線28km(導線為35kv lgj-120),約30萬元/km,總造價約為840萬元；（2）35kv電纜28km(型號為35kv yjlv22-3*50),約90萬元/km,總造價約為2520萬元；由此可見,電纜方案遠比架空線方案價格要高3.2.2 結論（1）架空線方案經(jīng)濟上優(yōu)越得多,技術上也可以達到要求,且鑒于此次地形所

30、限,所以作為推薦方案；（2）電纜方案需要較大投資,但在一些設計中則優(yōu)先考慮此方案,如:沿海風場,海上風場及風力影響較大的地區(qū)。3.3 風機分組和連接方案的比選根據(jù)該風電場的現(xiàn)場情況及平均分組的原則,現(xiàn)將風機分為5組。3組為7臺，另兩組為6臺。3.3.1方案描述風電場的風機排列各異,有陣列布置,也有線性布置,合理選擇風機分組和風機連接型式,可以使風電場電纜或架空線等導體投資盡量節(jié)省,是主接線方案優(yōu)化。風電場的風機分組及連接方式影視情況而定。從陸上風電場和海上風電場的設計經(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。1)放射形布局如圖 (a)所示,將

31、若干風力發(fā)電機連接在同一條輸電線路上,整個風電場的電能通過若條輸電線路輸送到匯流母線上, 輸電線路的額定功率須大于所連接風機的最大功率。該布局的優(yōu)點是操作簡單、投資成本較低;缺點是可靠性不高,如果輸電線路的某處發(fā)生故障,那么整條輸電線路都將被迫切除,與其相連的所有風機都將停運。圖3-1(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上,通過一條冗余的輸電線路將線路末端的風機連回到匯流母線上。如果輸電線路某處發(fā)生故障,可以通過加裝在其上的開關設備切除,保證風機正常運行。該布局的優(yōu)點是可提高內(nèi)部電氣系統(tǒng)的可靠性;缺點是操作比較復雜,投資成本較高。圖3-1(b)單邊環(huán)形布局3)雙

32、邊環(huán)形布局如圖 (c)所示,在放射形布局的基礎上經(jīng)一條冗余的輸電線路將兩條相鄰線路末端的風機相連。因輸電線路連接的風機數(shù)量加倍,故其額定功率也需要加倍。該布局的優(yōu)缺點與單邊環(huán)形布局基本相同。圖3-1(c)雙邊環(huán)形布局4)復合環(huán)形布局如圖 (d)所示,將單邊環(huán)形與雙邊環(huán)形進行結合,將相鄰幾條輸電線路末端的風機互連,然后經(jīng)一條冗余的線路將末端的風機連回到匯流母線上。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。圖3-1(d)復合環(huán)形布局5)多邊環(huán)形布局由以上幾種布局可以看到,環(huán)形布局提高可靠性的途徑有提供冗余和增加互連2個。本文根據(jù)這一原則提出多邊環(huán)形布局,如圖 (e)

33、所示。該布局將所有輸電線路末端的風機用線路連在一起,以增加風機互連。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機通過其余輸電線路輸送電能。該布局與復合環(huán)形相比不需要冗余線路,但是所需線路的額定容量稍大。圖3-1(e)多邊環(huán)形布局3.3.2方案比較3.3.2.1 技術比較變壓器銘牌參數(shù):,變壓器計算參數(shù): 圖3-1.等效電路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)(鏈式): 由于線路長度小于100km,故不計線路電納的影響。圖3-2.等效電路因此已知:當該段線路布置為7臺風機時線路損耗為當

34、該段線路布置為6臺風機時線路損耗為線路總損耗為:線路末端的輸出功率為: 線路側電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側電納影響： 變壓器的損耗為:總輸出電量為:變壓器電壓壓降(不計):所以,變壓器高壓側電壓為：（2）線路參數(shù)(單邊環(huán)): 圖3-2.等效電路因此已知:當該段線路布置為7臺風機時線路損耗為當該段線路布置為6臺風機時線路損耗為線路總損耗為:線路末端的輸出功率需為: 線路側電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側電納影響： 變壓器的損耗為:總輸出電量為:變壓器電壓分壓降(不計):所以,變壓器高壓側電壓為：通過計算得出:表3鏈式單邊環(huán)有功損耗0.590mva0.252mva無功損

35、耗0.451mva0.173mva電壓偏差0.442kv0.166kv3.3.2.2經(jīng)濟比較表4鏈式單邊環(huán)線路長度(km*30)28*3056*30斷路器(個*萬元）5*3010*30電流互感器(個*萬元）5*1010*10總價（萬元）10402080可見，單邊環(huán)的線路長度為鏈式的兩倍,斷路器和電流互感器也比鏈式各多出了五個,投資成本較大.大約多支出1040萬元。3.3.3結論（1）鏈形結構的建設成本低，但是有功損耗、電壓偏差較大；（2）單邊環(huán)形結構的有功損耗、電壓偏差小，但是建設成本過高；鑒于此風電場容量較小,如對有功損耗、電壓偏差沒有過大的要求應選擇較便宜的鏈式結構方案。3.4 本章小結本

36、章主要歸納了風電場的接線方案。在風場內(nèi)部，風機需要各自經(jīng)過一次升壓，然后進行分組連接，各組風機經(jīng)過若干條集電線路接入中心升壓站，在中心升壓站經(jīng)過二次升壓后接入電網(wǎng)。文章首先對集電線路的電纜、架空方案等方面從技術、經(jīng)濟上進行了比較.然后還對風機的鏈形、單邊環(huán)形、雙邊環(huán)形、復合環(huán)形等分組連接方式進行了介紹，并著重比較了鏈式和單邊環(huán)時形技術、經(jīng)濟上的差別，總結出了較為優(yōu)越的方案，為該風電場的設計提供了參考和依據(jù)。第4章 短路電流計算及其它電氣設備的選取4.1 計算說明本計算為該風電場初步設計階段電氣主接線短路電流計算，用以選擇和校驗所選電氣設備的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定的強度等相關參數(shù).鑒于以上方案的選擇,本

37、計算只限于鏈式架空線方案的數(shù)據(jù)。4.2 系統(tǒng)等效簡化圖圖4-1短路電流計算簡化圖4.3 短路電流的計算4.3.1各設備的標幺值相關設備的初始值已在前章出現(xiàn),此處省略?；鶞嗜萘浚簊j=100mva；基準電壓：取各級的平均電壓，額定電壓；系統(tǒng)：按無窮大考慮1.風電機1的電抗標幺值(包括箱變): ,2.線路的電抗標幺值:3.所以7臺風電機的線路的總標幺值（見附錄b）:4.所以6臺風電機的線路的總標幺值:5.變壓器的電抗標幺值:4.3.2各短路點的短路電流計算現(xiàn)選擇a,b,c這三個短路點進行短路電流計算.a點的短路電流計算:(由0.153查曲線) 系統(tǒng)供給(由變壓器決定): , ,總的短路電流和沖擊短

38、路電流: b點的短路電流計算:系統(tǒng)供給(由變壓器決定): , ,總的短路電流和沖擊短路電流: c點的短路電流計算:換算后(見附錄c):(由0.283查曲線) (由0.309查曲線) 總的短路電流和沖擊短路電流: 4.4 其它電氣設備的選取基于以上各點的短路電流的計算,選取各點的一次設備。4.4.1斷路器的選擇a處:根據(jù)un=35kv,i=0,172ka及室外布置要求,初選為sw2-35/600型斷路器,其額定技術數(shù)據(jù)為:un=35kv,in=600a,額定開斷電流為ibr=6.6ka,動穩(wěn)定電流imax=17ka,熱穩(wěn)定電流(及時間)it=6.6ka(4s),固有分閘時間tg=0.06s,燃弧

39、時間th=0.12s。1. 校驗開斷能力:因 t1=0.12s0.1s所以 ikt=i,k=1.905ka6.6ka滿足要求2. 校驗動穩(wěn)定:ish=5.119ka1s故不計周期分量的影響。i1.59=1.356ka i3.18=1.310ka =6.289ka2.s0.1s所以 ikt=i,k=4.369ka31.5ka滿足要求2.校驗動穩(wěn)定:ish=11.740ka1s故不計周期分量的影響。i1.58=2.324ka i3.16=1.476ka =19823ka2.s31.52 *4=3969 ka2.s滿足要求以上計算表明,所選斷路器可滿足要求。c處:根據(jù)un=110kv,i=0,260

40、ka及室外布置要求,初選為lw30-126/3150型斷路器,其額定技術數(shù)據(jù)為:un=126kv,in=3150a,額定開斷電流為ibr=31.5ka,動穩(wěn)定電流imax=80ka,熱穩(wěn)定電流(及時間)it=31.5ka(4s),固有分閘時間tg=0.033s,燃弧時間th=0.066s。1.校驗開斷能力:因 t1=0.066s0.1s所以 ikt=ishk=3.159ka31.5ka滿足要求2.校驗動穩(wěn)定:ish=8.265ka1s故不計周期分量的影響.i1.5615=1.862ka i3.123=1.663ka =12.486ka2.s31.52 *4=3969 ka2.s滿足要求以上計算

41、表明,所選斷路器可滿足要求。4.4.2隔離開關的選擇a處:手車式斷路器不需配備隔離開關。b處:根據(jù)un=35kv,i=0,816ka及室內(nèi)布置要求,選為gn2-35t/1000型隔離開關可滿足要求,其額定技術數(shù)據(jù)為:imax=70ka,i2tt=27.52 *5。c處:根據(jù)un=110kv,i=0,260ka及室內(nèi)布置要求,選為gw13-126/630型隔離開關可滿足要求,其額定技術數(shù)據(jù)為:imax=55ka,i2tt=202 *4。4.4.3電壓互感器的選擇根據(jù)un=35kv,i=0,816ka要求,選為jdzj-35型電壓互感器可滿足要求,其額定技術數(shù)據(jù)為:一次線圈為 kv,二次側為 kv

42、,輔助線圈為0.1/3kv,最大容量為1000va。4.4.4電流互感器的選擇a處:根據(jù)un=35kv,i=0,172ka及室外布置要求,初選為lcw-35型電流互感器,其額定技術數(shù)據(jù)為:un=35kv,in/in=200a/5a。1. 校驗熱穩(wěn)定:滿足要求2. 校驗動穩(wěn)定:滿足要求以上計算表明,所選電流互感器可滿足要求。b處:根據(jù)un=35kv,i=0,816ka及室內(nèi)布置要求,初選為ldj-35型電流互感器,其額定技術數(shù)據(jù)為:un=35kv, in/in =900a/5a。1. 校驗熱穩(wěn)定:滿足要求2. 校驗動穩(wěn)定:滿足要求以上計算表明,所選電流互感器可滿足要求。c處:根據(jù)un=110kv

43、,i=0,260ka及室外布置要求,初選為lcwd-110型電流互感器,其額定技術數(shù)據(jù)為:un=110kv, in/in =2*150a/5a。1. 校驗熱穩(wěn)定:滿足要求2. 校驗動穩(wěn)定:滿足要求以上計算表明,所選電流互感器可滿足要求。4.5 本章小結本章主要計算了風電場中若干關鍵點的短路沖擊電流,并選擇且校驗了相應的設備。在發(fā)電廠中，短路沖擊電流形成的原因很多,種類也有所不同,但對設備及電網(wǎng)所造成的危害卻是極大的。因此對短路電流的計算在發(fā)電場的設計出期就變得十分重要,由此而產(chǎn)生的關鍵點的設備選擇及校驗也需重視。 第5章 方案優(yōu)化5.1 概述此次模擬風電場的初步設計已完成，但其中還有較多需優(yōu)化

44、的部分。在基本滿足風電場的可靠性的前提下,盡量降低成本是此優(yōu)化方案的重點。此方案將從風機分組及導線的選擇兩方面來考慮,以便找到更優(yōu)化的方案來完成設計。5.2 風機分組的優(yōu)化根據(jù)設計分析,在現(xiàn)有設備滿足條件的情況下可將該風電場的分組從5組改變?yōu)?組.現(xiàn)就對新分組后的方案與原方案進行對比。5.2.1 技術比較變壓器銘牌參數(shù)不變:,變壓器計算參數(shù): 圖5-1.等效電路線路計算采用等效簡化法,具體方法見附錄a。（1）線路參數(shù): 由于線路長度小于100km,故不計線路電納的影響.圖5-2等效電路:因此已知:當該段線路布置為8臺風機時線路損耗為：當該段線路布置為9臺風機時(l=7.2) 線路損耗為：線路總

45、損耗為:線路初端的輸入功率需為: 線路側電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側電納影響： 變壓器的損耗為:總輸出電量為:變壓器電壓壓降(不計):所以,變壓器高壓側電壓為：.通過計算得出:表5優(yōu)化前優(yōu)化后有功損耗0.590mva0.876mva無功損耗0.451mva0.664mva電壓偏差0.442kv0.730kv5.2.2 經(jīng)濟比較表6優(yōu)化前優(yōu)化后線路長度(km*萬元)28*3026.5*30斷路器(個*萬元)5*304*30電流互感器(個*萬元)5*104*10總價（萬元）1040955優(yōu)化后的線路長度較之前減少了一些,斷路器和電流互感器也減少了各一個,投資成本大約少支出85萬元。

46、5.2.3結論優(yōu)化后雖然在經(jīng)濟方面有所節(jié)省,但在技術方面的損耗過大,且由于每條線路的風機增加,從而使得線路的可靠性下降.所以不推薦此方案。5.3 線路優(yōu)化5.3.1線路的選擇在之前線路的選擇中,原方案是就最大載荷量線路的載流量所選擇的導線截面積,而風電場的線路并不是都處在最大載荷量的載荷下,在較少的風電機的線路上選擇較為細的lgj-95形導線即可滿足載荷需求.且在最大載荷量線路上也可以只在該線路的最后段線路處選用較粗的lgj-120形導線,以減少投入. 現(xiàn)就對新選擇的線路方案與原方案進行對比。首先為線路導線選擇的校驗:線路正常工作電流:由于最大負荷年利用小時少于2000h,j=1.76(架空線

47、)(1.27,電纜),故,架空線選擇導線為35kv lgj-95型,查得允許電流為317a,正常允許的最高溫度為90,r=0.332 /km,x=0.200 /km;現(xiàn)計算得到架空線載流修正系數(shù):5.3.2 技術比較變壓器銘牌參數(shù)不變:,變壓器計算參數(shù): 圖5-1.等效電路線路計算采用等效簡化法,具體方法見附錄a。（1）線路參數(shù): 由于線路長度小于100km,故不計線路電納的影響。圖5-3等效電路:因此已知:當該段線路布置為7臺風機時線路損耗為：當該段線路布置為6臺風機時線路損耗為：線路總損耗為:線路初端的輸入功率需為: 線路側電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側電納影響： 變壓器的損

48、耗為:總輸出電量為:變壓器電壓壓降(不計):所以,變壓器高壓側電壓為：.通過計算得出:表7優(yōu)化前優(yōu)化后有功損耗0.590mva0.732mva無功損耗0.451mva0.451mva電壓偏差0.442kv0.541kv5.3.3 經(jīng)濟比較1,35kv架空線28km(導線為35kv lgj-120),約30萬元/km,總造價約為840萬元；2,35kv架空28km (型號為35kv lgj-95占25.6km lgj-120占2.4km),約25萬元/km(lgj-95),總造價約為712萬元；其它設備不變;由此可見,新方案要比舊方案價格低128萬元。5.3.4 結論新方案的成本較低，但是有功損

49、耗、電壓偏差較大。鑒于此風電場容量較小,如對有功損耗、電壓偏差沒有過大的要求應選擇較便宜的新方案為好。5.4 本章小結本章主要敘述了基于原方案的一些改進優(yōu)化方案,并與原方案加以比較以確定其是否適用。第一個優(yōu)化方案雖然在經(jīng)濟方面有所改善,但在可靠性上卻大打折扣,故不予推薦.第二個優(yōu)化方案是基于風電場電源多且分布廣的特點,對輸電線路加以改善的成果,事實證明這是成功且可行的.因此該風電場的設計又多出了一個可行的參考方案以供選擇。結論本文主要結論如下：（1）風電場集電線路方案從經(jīng)濟上考慮宜選取架空線方案，但在某些風電場，特別是沿海地區(qū)，環(huán)境條件比較惡劣，采用架空線比采用埋地電纜方案的經(jīng)濟優(yōu)勢不明顯，但在此次的設計中鑒于其地形及經(jīng)濟考慮,架空線成為首選的方案；（2）在風力發(fā)電場的多種分組連接方式中，鏈形結構的建設成本最低，但是有無功損耗、電壓偏差是最大的；單邊環(huán)形結構的有無功損耗、電壓偏差是最小的，但是建設成本最高。但鑒于此風電場容量較小,對電網(wǎng)影響較小。如對有無功損耗、電壓偏差沒有過大的要求應選擇較便宜的鏈式結構方案；（3）在最后提出了方