引言：风能是重要的清洁能源之一，其本身属于可持续利用资源，在利用风能发电过程中，其存在的最明显问题就是风能发电具有间接性、不稳定性。特别是在风电场并网时很有可能会出现一系列的突发情况，进而导致电能在使用时期使用质量在不断地下降。在开展风力发电时需要加强对风电无功补偿技术的进一步应用。

一、工程概况

1.电气主接线

在本次风电场的电气一次部分设计的过程中，其具体工程如下：电气主接线的设计在满足运行可靠性的前提下，力求使电气主接线和继电保护配置简单，电站投资和电能损耗最小。本风电场电气主接线设计如下：第一，风力发电机组与箱式变电站的组合方式本工程拟安装9台单机容量为5500kW风电机组，工程总装机容量49.5MW，由于各风电机组之间相距较远，为降低发电机回路的电能消耗，减少发电机回路动力电缆的长度和数量，风力发电机组与箱式变压器拟采用一机一变的单元接线方式。5.5MW风力发电机需采用10根YJV23-1.8/3-3×300mm2动力电缆，接至箱式变电站低压侧。根据风力发电机组的台数和单机容量，全场共选用9台变压器容量为6050kVA的箱式变电站，箱式变电站布置在风电机组基础附近，距风电机组中心约15m。第二，箱式变电站高压侧电压和接线方式选择各风力发电机组配套的箱式变电站高压出线侧电压37kV，经电缆接至各自集电线路。麒麟风电场共安装9台单机容量为5500kW的风电机组，经2回集电线路接入110kV升压站内35kV开关柜。第三，110kV升压站电气主接线黔江麒麟二期风电场项目与麒麟一期风电场共用一座升压站。重庆黔江麒麟二期风电场项目装机49.5MW容量，110kV升压站终期建设两台主变，一期已建一台容量为70MW主变，本期新建一台主变压器，容量为50MVA、采用三相双绕组有载调压变压器；升压站110kV侧采用单母线接线方式，两回进线，一回出线。升压站35kV侧一期已建I段母线，4回集电线路，1回主变进线，1回PT进线，1回SVG进线，1回接地变兼站用变进线，本期新建II段母线，集电线路2回，主变进线1回，PT进线1回，1回接地变兼站用变进线，SVG进线1回。其中，110kV侧接线形式升压站本期新建一台主变压器，容量为50MVA、采用三相双绕组有载调压变压器，升压站110kV侧采用单母线接线。110kV为中性点直接接地系统，主变110kV中性点经隔离开关和放电间隙接地。35kV侧接线形式本期35kV侧采用单母线接线，设置主变进线1回，集电线路2回，PT1回，接地变兼站用变1回，SVG1回。低压侧采用接地变径小电阻接地形式。

2.主要电气设备选择

在短路电流计算的过程中，其计算条件为：计算水平年：2030年；计算网络：采用《2022年度黔江电网运行方式》推荐网络结构，并根据黔江电网最新规划修编；运行方式：采用系统最大运行方式；中性点接地：220kV变电站考虑半数及以上变压器中性点直接接地；发电厂有多台升压变时，考虑半数及以上变压器中性点直接接地。得出计算结果根据《黔江麒麟二期50MW风电场项目电力系统接入设计报告》2.8章节，2030年相关变电站短路电流计算结果见表1。

表1相关变电站短路电流

根据接入系统报告计算结果，计算本项目升压站35kV侧短路电流：

基准容量：Sj=100MVA110kV电压等级下基准电流：I_110kV=100/(1.732×110×1.05)=0.5kA35kV电压等级下基准电流：I_35kV=100/(1.732×35×1.05)=1.56kA

归算到K2处等效电抗标阈值为0.1794，K2处短路电流为1.56/0.1794=8.696kA。本站110kV母线短路电流为5.16kA，35kV母线短路电流为8.696kA。因此，本风电场110kV侧电气设备短路电流水平暂按40kA进行选择，35kV侧电气设备短路电流暂按31.5kA进行选择，最终以接入系统报告及批复为准。

3.主要电气设备选择

电站主要电气设备选择原则为：在满足正常运行、短路和过电压等各种要求的前提下，选择有成熟运行经验、技术先进、安装运行维护方便和经济合理的产品。下述所列数据（如绝缘水平、爬电距离等）均未进行海拔修正，制造厂应按照实际海拔1200m，根据国标《绝缘配合第1部分：定义、原则和规则》（GB311.1-2012）、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064-2014）要求对外绝缘进行修正。考虑到本风电场的实际情况，风电机组和箱变内电气设备均应充分考虑防凝冻和防雷击措施。主要设备初步选择如下：第一，主变压器。主变压器的容量与母线连接的风力发电机组的容量配套，同时根据风电场运行特性，本期选用1台容量为50MVA，三相、铜绕组、自然油循环自冷型油浸式有载调压电力变压器。主要电气参数如下表2所示。

表2主要电气参数

第二，110kV配电装置。根据接入系统报告，本升压站110kV侧采用单母线接线，二期新建1回主变进线间隔、1回PT间隔，1回出线间隔，并对一期主变进线改造为进线间隔接在二期单母线上。GIS方案运行可靠性高、维护工作量小、扩建停电周期短且工程造价（含土建费用）与户外敞开式布置价格基本相当。基于减少升压站占地面积，提高设备运行环境条件，本阶段推荐采用GIS户外布置方案。第三，箱式变电站。风电机组接线方式推荐采用一机一变单元接线方式。该接线方式具有电能损耗少、接线简单、操作方便、任意一台风力发电机组故障不会影响其他风力发电机组正常运行等优点。根据风电机组容量，单机容量为5.5MW的风机，箱变容量配套为6050kVA。为了使户外变压器安全可靠地运行和安装施工的简便，选用具有运行灵活、操作方便、免维修、性价比较优的风电组合式变电站。

二、风电场无功补偿的需求分析

风电无功补偿技术一直以来都是风电现场在运行过程中最重要的技术之一，其可以对风电场的电压波动现象、状态等进行实时的分析和改善，目前还可以进一步提高风电场的母线电压以及发电机的稳定性，使得风电场在进行并网时质量得以提升，风电场的运行稳定性，也能够满足人们对风电场使用的实际要求。在风电场运行时需要明确风电场运行的特点为间歇性和不确定性，这是由于风速是随机波动的，也是影响风电场无功功率的最关键因素。风电场在实际运行过程中往往会遭遇到风速的急剧变化，导致发电机输出有功功率的波动，进而引发无功功率存在显著变化，当风电场接入电网后，其无功功率的波动很有可能对电网电压造成不利影响，导致电网的调节难度和运行风险在不断增加。为了进一步实现风电场与电网的友好互动，确保电网运行的安全性，稳定性，需要对风电场进行科学的，合理的无功补偿，这一点也显得格外重要。当下电力系统对风电场的无功补偿也提出了全新的技术要求，随着风电并网的规模在持续增大，电力系统对风电场的无功补偿能力也提出了更为严格的标准。要求风电厂在不同的运行工况下，其均可以保持功率因数相对稳定，以此来减少无功功率的输送需求，降低线路本身的损耗，风电场还需要具备快速响应电压波动这一能力，能够维护并确保电网电压的稳定性。这一系列技术要求的出现不仅体现在了电力系统对风电场运行质量的关注上，同时也确保风电场可以进一步提高自身的无功补偿技术，保证风电厂的使用效果得以提升。

基于风电场经济效益这一角度进行分析，无功补偿技术其具有极为显著的优势，无功补偿技术的出现提高了风电场在运行时的整体运行质量，并且减少了无功电流在电网中的波动，降低线路的损耗，使得能源成本得到节约。利用无功补偿装置在运行的过程中也进一步提升风电场自身的输出功率，增加了风电场的收益，良好的无功补偿也使得风电场在进行并网时友好性得以提升，可以有效地改变以往无功功率不足或是过剩而引发的电网调度成本不断增加，为风电场在当前创造更多的经济效益。

三、风电场电气一次部分的无功补偿技术

在风电场中无功补偿技术是提高风电场系统稳定性，降低损耗并且优化电能质量的重要手段之一，该技术依据补偿方式不同，可以简单地分为三种不同的补偿技术，分别是静态补偿技术，动态补偿技术以及混合无功补偿技术，其中每一种无功补偿技术均有其独特的优势和应用场景。

1.静态无功补偿技术

在分析静态无功补偿技术时，优点在于经济性和广泛适用性，在风电场电力系统中占据极为重要的地位，其核心设备包括了电容器和电抗器。通过调节这些设备的头切进而实现对系统无功功率的进一步补偿。静态补偿技术的优势则在于在使用过程中成本相对较为低廉，并且在机器维护时维护相对简单，适用于响应速度要求不高的场合，然而速度却相对较慢，无法快速地适应系统的无功需求以及变化需求，在某些场景下存在明显的局限性。当前在风电场中利用静态无功补偿技术的频率相对较低。

2.动态无功补偿技术

动态无功补偿技术其响应速度更高，而响应速度更快，并且精度更高，拥有卓越的性能，当前动态无功补偿技术可以实时监测系统的无功需求，并且迅速地调节、输出无功功率，有效支撑风电场的并网性能，并且降低系统损耗，显著地提升风电场的电能质量。随着风电场的大规模接入，动态无功补偿技术对风电场的安全稳定运行带来了十分深远的影响。当前需要精准地掌握其运行特性，并且保障系统的安全性、稳定性。在选择动态无功补偿技术时，其所消耗的成本相对较高，其同样可以提高系统性能并且增强系统的稳定性，使其成为现代系统不可或缺的重要组成部分之一。

3.混合无功补偿技术

混合无功补偿技术也是当前风电场常见的无功补偿技术，将其将静态与动态补偿方式相结合，充分利用两者所具有的独特优势，实现了更优解的补偿效果。通过合理的静态补偿装置与动态补偿装置能够确保系统的无功需求，实现了在面对系统无功需求多样化，复杂化的同时，也保证了其经济性，兼顾了响应速度和补偿精度，这种补偿策略在复杂且多变电力系统中充分地展现出了其广阔的应用前景，并为电力系统的高效且稳定运行提供了全新的思路。当前的风电场无功补偿技术应用过程中，其混合无功补偿技术主要是应用串联电容器补偿技术。通过补偿输电线路的感性无功，进而提高输电线路的传输能力以及功率因数，进一步降低电路的损耗，满足风电场电气一次部分的无功补偿需求。在实际应用中，串联电容器补偿技术需要与风电场的实际情况相结合，进行精确的计算和设计，以确保无功补偿效果的实现。

结语

综上所述，在风力发电领域中，风电场的运行稳定性可谓是至关重要，风电场电气一次部分的无功补偿技术是保证风电场稳定运行中的最关键、最重要的环节，通过对风电场电气一次部分的无功补偿技术进行分析，不断提高电场的功率因数，降低线路损耗，改善电压质量，满足我国风电场运行的实际需求，同时提高了运行效率和经济效率，改变以往补偿方式单一，响应速度慢等一系列问题，确保人们在利用风电技术时，使用效果可以满足用户的需求。

参考文献

[1]唐永刚.风电场电气一次部分的无功补偿技术的问题研究[J].电子测试,2018,(21):101-102.

[2]张家林.风电场电气一次部分的无功补偿技术探究[J].电子世界,2015,(14):106-107+112.

作者简介：赖良华（1996.02—），男，汉族，重庆人，助理工程师，本科学历，研究方向：水电站电气一次设备检修及日常维护。