总的无功损耗为：（５．７５ ＋ ４．１７１ ２ ＋ １．８５）Ｍｖａｒ＝
１１．７７２ Ｍｖａｒ
２）如果集电线路采用电缆线路，电缆根据负荷电流
可以选择截面 １５０ ｍｍ２ 的铜芯电缆。该电缆的电抗 Ｘ ＝
０．１２５ Ω ／ｋｍ，对地电容 Ｃ ＝ ０．１６７ μ Ｆ／ｋｍ。
则Δ Ｑ ＝Δ Ｑ ＋Δ Ｑ ＝（Ｐ ２ ＋ Ｑ ２） Ｘ ／Ｖ ２ －（Ｖ ２
感性无功功率的容量，从而实现调节容性无功功率。ＴＳＣ 型 ＳＶＣ 是通过晶闸管的导通和关断来实现电容器组的投 入和切除，但无功功率调节的线性度和电容器组的分组 数量之间很难做到两全其美。ＭＣＲ 型 ＳＶＣ 和 ＴＣＲ 型 ＳＶＣ 在风电场升压站中运用得较普遍，ＴＳＣ 型 ＳＶＣ 一般用于 低压领域。第四类是静止无功发生器 ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ），通过使用大功率可关断晶闸管（ＧＴＯ） 器件 代替普通的晶闸管构成的无功补偿装置，但价格较高，是 风电场无功补偿发展的趋势。我们通过表 ３ 对主要的几种 无功补偿装置进行比较。
∑Δ ＱＴ ＝ ３３ Δ ＱＴ ＝ ４．１７１ ２ Ｍｖａｒ
１）如果集电线路采用架空线路，导线根据经济电流
密度可选择为 ＬＧＪ － １８５／３０。
则∑Δ ＱＬ ＝Δ ＱＬ ＋Δ ＱＢ ＝（Ｐ１２ ＋ Ｑ１２）Ｘ ／Ｖ１２ －（Ｖ１２ ＋ Ｖ２２）Ｂ／２ ＝ ３Ｉ２Ｘ －（Ｖ１２ ＋ Ｖ２２）Ｂ／２ ＝ １．８５ Ｍｖａｒ
１０
９
８
７
６
有功（＊１００ ｋＷ）
５
４
３
２
１
断路器状态
０ －１
０．５ １ １．５ ２ ２．５ ３ ３．５ ５
（４）对于处于电网枢纽中心的风电场或大型风电场，
其无功补偿除了考虑单个风电场内所需求的无功功率之 外，还需要从整个电网的角度来分析无功补偿容量，因 此需要系统专业进行潮流计算来分析，这里我们就不多 阐述了。对于处于电网末端的中小型风电场，其对电网 的影响相对较小，在缺少系统资料的情况下，我们可以 认为在电网接入点处实现无功平衡就不会对电网产生较 大影响。综合上面的几种情况，我们以不同的工程条件 列个表格供参考。
机型
恒频恒速 恒频变速 直驱同步
表 １ ５０ ＭＷ 风电场工程无功损耗统计表（Ｍｖａｒ）（按 ３３ 台 １ ５００ ｋＷ 风电机组考虑）
变压器
５．７５ ５．７５ ５．７５
箱变
４．１７ ４．１７ ４．１７
集电线路
架空
电缆
１．８５
０．５２
１．８５
０．５２
１．８５
０．５２
风机
１５ ５ ０
外送线路 ＬＧＪ － １８５／１０ ｋｍ
集电线路
架空
电缆
３．７０
１．０４
３．７０
１．０４
３．７０
１．０４
风机
３０ １０ ０
外送线路 ２＊ＬＧＪ － ２４０／１０ ｋｍ
２．６ ２．６ ２．６
总计 架空 ５５．６４ ３５．６４ ２５．６４
电缆 ５２．９８ ３２．９８ ２２．９８
所以，对于机型为恒频恒速发电机的风电场，建议 升压站装设无功补偿装置的容量为整个风电场装机容量 的 ５０％～６０％；对于机型为恒频变速发电机的风电场，建 议升压站装设无功补偿装置的容量为整个风电场装机容 量的 ３０％ ～４０％；对于机型为直驱同步发电机的风电场， 建议升压站装设无功补偿装置的容量为整个风电场装机 容量的 ２ ０ ％ ～３ ０ ％ 。
１ 风电场升压站的无功补偿容量
一般情况下，风电场升压站的无功补偿容量应该包 括 ３ 个部分：一是满足系统稳定要求，主要是补偿输电线 路的无功损耗；二是满足升压站稳定运行的要求，主要 是补偿电气设备的无功损耗，例如主变压器、箱变压器 等；三是满足风电电力不稳定时升压站运行的要求，主 要是补偿风力发电机组吸收的无功功率。其中第一条可 以由电力系统专业根据潮流计算的结果和输电线路的长
－２
－３
无功（＊１００ ｋｖａｒ）
－４
－５
－６
图２ １ ０００ ｋＷ 风电机组并网过程有功和无功功率曲线图
因此，对于布置恒频恒速异步发电机的风电场，要 保证其起动过程的电压稳定，还需要增加无功补偿容 量。对于每一台机组来说，其本身设置有一定的无功补 偿装置，但是其容量不能满足风机起动和脱网时的无 功功率要求，需要从系统吸收 ５ ０ ％ ～７ ０ ％ 机组容量的 无功功率。对于整个风电场来说，所有风机同时起动或 脱网的可能性比较小，一般会存在先后时间间隔，而风 机吸收无功功率的时间大约是 ０．１ ｓ，因此对于整个风 场的风机部分，建议考虑增加无功补偿容量为 ３０％ 的 总装机容量。
目前常用的无功补偿方式大致分为 ４ 类：第一类是集 合式并联电容器组，并联电容器组只能通过开关分组投 入或切除，但分组数量有限，一般是 ２～４ 组。这类无功 补偿装置多用于电网的变电站；第二类是并联电容器组 ＋调压变压器，调压变压器可以通过机械开关改变变压
46 电气制造· ２０１１ 年第 ７ 期
电机，例如金风 ７５０ ｋＷ 的风电机组；第二类是恒频变速
双馈异步发电机，也就是绕线式异步发电机，例如华锐 １
５００ ｋＷ 的风电机组；第三类是直驱永磁同步发电机，例
如金风 １ ５００ ｋＷ 的风电机组。
１）第一类风机在机端并联有无功补偿装置，采用多
组电容器组分组投切的方式进行补偿，补偿容量一般是
风机容量的 ３ ０ ％ ～５ ０ ％ ，以保证风机正常运行时的功率
44 电气制造· ２０１１ 年第 ７ 期
Research & Design 设计研发
Δ ＱＢ ——架空线路的充电功率（ｋｖａｒ）； Ｘ——架空线路的电抗；
Ｂ——架空线路的等值电纳。
各种电压等级架空线路的电纳值变化不大，对于单
导线线路，Ｂ 值大约为 ２．８ × １０ － ６ Ｓ／ｋｍ。３５ ｋＶ 线路的
目前大部分风电场的风机只能实现对自身的无功功 率调节，在很多情况下还需要吸收风电场升压站的无功 功率。如果能够实现风电场所有的风电机组都联合参与 无功功率的调节，一方面能够减少升压站无功补偿装置 的容量，另一方面可以提高无功补偿的响应速度，这将 是风电场未来发展的趋势。
２ 风电场升压站的无功补偿方式
１．００
０．５０
０．００
－０．５０
－１．００
－１．５０ ０．０ １．０ ２．０ ３．０ ４．０ ５．０ ６．０ ７．０ ８．０ ９．０ １０．０
图 １ ７５０ ｋＷ 风电机组并网过程有功和无功功率曲线图
１２
１１
风速（ｍ／ｓ）
度来提供，第二、第三条则需要我们进行计算。
（１ ）变压器的无功损耗
Δ Ｑ ＝Δ Ｑ ＋Δ Ｑ （Ｓ２／Ｓ ２）
Ｔ
０
ｓ
Ｎ
＝（Ｉ ％／１００）Ｓ ＋（Ｕ ％／１００）（Ｓ２／Ｓ ）
０
Ｎ
ｓ
Ｎ
式中 ΔＱ ——变压器的无功损耗（ｋｖａｒ）； Ｔ
ΔＱ０——变压器的励磁损耗，也就是空载无功损
充电功率Δ Ｑ 相对于线路中电抗的无功损耗Δ Ｑ 甚小，
Ｂ
Ｌ
可以忽略不计。
举例说明，某风电场布置１ ５００ ｋＷ 的风电机组３３台，
集电线路三回，每回长度 ７ ｋｍ，采用电缆或架空线路。
主变压器容量 ５０ ＭＶ·Ａ，Ｉ ％ ＝ １％，Ｕ ％ ＝ １０．５％。
０
ｓ
则Δ Ｑ ＝Δ Ｑ ＋Δ Ｑ （Ｓ２／Ｓ ２）＝（Ｉ ％／１００）Ｓ ＋
２）第二类风机在转子绕组装设有控制单元，可以控 制发电机机端电压的幅值和频率。控制单元从原理上讲 就是一台变流器，在风机起动和脱网时，控制单元可以 发出无功功率来调整机端电压，从而减少了从系统吸收 的无功功率。但是由于控制单元的容量一般是风机容量 的 ３ ０ ％ ～５ ０ ％ 左右，不能完全满足风机起动所需的无功 功率，还需要从系统再吸收一定的无功功率。因此对于 整个风场的风机部分，建议考虑增加无功补偿容量为
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器的抽头实现有级差的调节补偿的无功功率，但调压变 压器的抽头数量有限，一般是九档，同时还有一定的基 准无功容量，因此无功功率的调节能力有限；第三类是 静止无功补偿装置 ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ），ＳＶＣ 又分为 Ｍ Ｃ Ｒ 型 Ｓ Ｖ Ｃ ，Ｔ Ｃ Ｒ 型 Ｓ Ｖ Ｃ 和 Ｔ Ｓ Ｃ 型 Ｓ Ｖ Ｃ 。其中 ＭＣＲ 型 ＳＶＣ 是将集合式电容器组和磁控电抗器作为一个 整体并联到电网中，通过改变磁控电抗器的饱和程度来 调节感性无功功率的容量，从而实现调节容性无功功率。 ＴＣＲ 型 ＳＶＣ 是将集合式电容器组和相控电抗器作为一个 整体并联到电网中，通过晶闸管线性控制电抗器来调节
０．８ ０．８ ０．８总计 架空Βιβλιοθήκη ２７．５７ １７．５７ １２．５７
电缆 ２６．２４ １６．２４ １１．２４
机型
恒频恒速 恒频变速 直驱同步
表 ２ １００ ＭＷ 风电场工程无功损耗统计表（Ｍｖａｒ）（按 ６６ 台 １ ５００ ｋＷ 风电机组考虑）
变压器
１１．０ １１．０ １１．０
箱变
８．３４ ８．３４ ８．３４
０
Ｕ ％——变压器短路阻抗百分数。 ｓ
（２ ）架空线路的无功损耗
Δ Ｑ ＝Δ Ｑ ＋Δ Ｑ
Ｌ
Ｂ
＝（Ｐ ２ ＋ Ｑ ２）Ｘ ／Ｖ ２ －（Ｖ ２ ＋ Ｖ ２）Ｂ／２
１
１
１
１
２
＝ ３Ｉ２Ｘ －（Ｖ ２ ＋ Ｖ ２）Ｂ／２
１
２
式中 ΔＱ——架空线路的无功损耗（ｋｖａｒ）；
Δ Ｑ ——架空线路中电抗的无功损耗（ｋｖａｒ）； Ｌ
设计研发 Research & Design
风电场无功补偿容量设计与补偿方式研究