风力发电分布式接入地区农村电网研究孟德义

风力发电分布式接入地区农村电网研究孟德义

孟德义

（国家电投集团内蒙古新能源有限公司内蒙古呼和浩特市010000）

摘要:风力发电是除水电之外，可再生能源开发利用中最成熟、最具规模和最有发展前景的发电技术。由于分布式风力发电是利用可再生能源发电的一种最佳形式，根据内蒙古通辽地区目前农村电网结构就风力发电分布式接入农村电网展开研究，推动清洁能源更好上网发电，以突破制约可再生能源发展的技术瓶颈。

关键词：风力发电；新能源；农村电网

引言：分布式发电指为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行，以分散式布置在用户附近，发电功率为数千瓦到数十兆瓦不等的小型模块式且与环境兼容的独立电源。它是与传统集中式供电模式完全不同的新型供电模式。分布式风力发电技术是能源发电系统技术进步的一种形式。与传统的集中式电站相比，分布式风力发电装置输出功率要小的多，一般为500kW至6MW。它可以满足几百甚至上千个家庭的电能和热能需求。同时，分布式风力发电装置还是为学校、工厂等企事业单位以及居民用电提供独立供电的理想装置。因此开发分布式风电能源意义重大。这里结合内蒙古通辽地区风力资源概况和农村电网结构，就内蒙古通辽地区农村电网发展分布式风力发电进行探讨研究，推动清洁能源更好上网发电。

1.地区风能资源概况

通辽市位于内蒙古东部，全地区幅员面积59535km2，通辽市现辖一区（科尔沁区）、一市（霍林郭勒市）、一县（开鲁县）、五旗（奈曼、扎鲁特、科左中、科左后、库伦），总人口约309.3万人。按照全国风能资源普查结果，地区风能资源较为丰富。经风能资源普查，年平均风速达3.74m/s，风功率密度达100-150W/m2，其中北部优于南部。目前全地区已有二十多座风电场建成投产，并在规划场址安装测风塔，实测结果表明，拟建风电场实测年70m高平均风速一般在7m/s以上，风资源较丰富，开发价值较大。

2.风电机组分布接入农村电网的分析

通辽地区电网位于东北电网中西部，由通辽地区电网与兴安盟部分电网组成。地区内电网按其地理位置可分为通辽北部电网和南部电网，北部电网包括霍阿500kV系统、霍煤系统及霍林河、鲁北、右中、乌兰地区电网，南部电网包括通科500kV系统、通辽发电厂、通辽城网及开鲁、奈曼、后旗、宝龙山地区电网。地区内形成了以500kV核心网架为电源支撑，220kV网架为主干输电网，66kV农网网架为骨干供电的乡镇地区供电网络，10kV配电网络遍布各旗县区每个角落。近年来，通辽地区各旗（县）、乡镇用电负荷发展较快，由于通辽市地域广阔，乡镇负荷较为分散，大部分位于电网末端，供电可靠性及供电质量较低。随着地区农网改造工作进展，农网结构进一步加强，农网66kV变电站自动化水平逐年提高，为接入分布式风电站奠定基础。分布式风力发电接入通辽地区农网可行性如下：

a.分布式风力发电可充分利用当地风力资源，对环境保护及资源利用起着非常重要作用。

b.实现分布式风电站就地供电可较大降低地区供电损失（约25%），节能效果显著。

c.目前通辽地区风电场主要采用集中建场方式，由于单位面积内布置风机过多，受尾流、湍流等影响，风电场发电能力降低。实现分布式能源供给利于降低风电场风能损失，提高能源利用率，增加项目经济效益。

d.分布式风电站可采用10kV电压等级就近接入地区66kV变电站10kV侧运行，接入方案简化，利于降低风电接入工程造价。

e.采用双馈式异步风力发电机组对电网保护配置影响较小，采用低电压穿越措施后，可较大提高供电可靠性。

f.分布式风电站可采用固定功率因数方式运行，实现无功就地补偿，简化了无功配置方案，利于电网运行电压稳定。

综上所述，在内蒙古通辽地区农村电网实施分布式风电站接入电网是可行的。

3.分布式风力发电接入电网方案

经初步分析，通辽地区供电负荷主要集中于通辽市科尔沁区与霍林河市，受城市规划等条件限制，城区内不宜安装风力发电机组。通辽市其他各旗县规模小、人口少、土地面积大，乡镇内均建有66kV变电站，为分布式负荷点，为此，在通辽地区各旗县乡镇周边建设分布式风电机组就地供电是可行的。

3.1电源容量选择

分布式风电电源容量选择应满足就地供电要求，不宜经现有供电系统向地区电网送电。实现此种方式可较大降低供电网损，利于简化系统保护、通信与自动化系统配置，降低对电网运行影响。风电机组装机容量宜与地区变电站负荷相匹配，风电机组应具备出力调节能力，风电机组容量宜与地区负荷相匹配。

3.2接入规模及布点

经调研，除城市中心区内66kV变电站外，通辽市其他66kV变电站均可考虑接入分布式风电电源。按前述接入原则，分布式风电容量与接入点用电负荷基荷（小负荷）相匹配。分布式风电容量可按接入点66kV变电站主变总容量的10%考虑。各66kV变电站10kV侧均可接入分布式电源。布点选择原则按以下考虑：

a.站址靠近乡镇66kV变电站，以便于近距离接入直接供电。靠近主干公路，便于风电机组运输及运行维护。

b.符合城镇规划，结合乡镇规划建设风电站，避开规划园区。尽量利用乡镇周边废弃地，不占基本农田。

3.3机组容量选择

按照前述接入原则，结合地区66kV变电站负荷水平，通辽地区66kV变电站接入分布式风电站装机规模可定为500-4000kW。一般可由单台或2台500至2000kW风电机组组成。为降低分布式能源接入对电网运行影响，风电机组宜采用双馈异步发电机。

3.4入网电压选择

由于风电站装机容量小（500-4000kW），一般由1台或2台风机组成，为此，不宜设独立的10kV汇集站，每台风机宜采用发电机变压器组方式升压至10kV，经10kV线路汇集后接入系统运行。风电机升压变高压侧不设断路器，为便于运行检修，设负荷开关加跌落式开关，低压侧设自动空气开关。

3.5接入系统初步方案

按照前述设想，各分布式风机建成后就近接入通辽地区农网66kV供电变电站运行。为降低损耗及提高效益，分布式风电机组接入电压等级采用10kV，经电网各66kV变电站联网系统接入电网运行，经分析可采用以下2种方案：

方案一：分布式各台风电机组经升压后汇集经10kV线路接入联网变电站，联网线路截面宜按分布式能源经济电流密度选择，考虑分布式能源进一步增容可能。

方案二：分布式电源内各台风机升压后汇集经10kV线路就近T接入联网变电站10kV送出线供电联网运行。

经分析：方案一：直接接入变电站10kV运行，便于对风电机组控制及计量管理，但需在变电站扩建1个出口间隔设备，引起部分投资费用。方案二：采用T接入10kV送出线方案，该方案除节约变电站1个出口资源外，直接向10kV负荷供电，进一步降低了网损。该方案存在风电机组送出系统故障与10kV负荷线故障相互影响问题与风电场计量管理存在一定问题。

由以上分析看出，方案一适用于风电站距66kV变电站距离近、变电站具备扩建条件方式；方案二适用于风电站距66kV变电站距离远，而就近有10kV大用户方式，两种方案均是可行的，在分布式能源建设中结合实际情况进一步论证确定。

结语：针对通辽地区特点提出在通辽地区农村电网内推广建设分布式风电站是适宜的。该方式投资小、见效快、大大提高能源利用率。内蒙古通辽市地域广阔，乡镇供电负荷较为分散，供电半径大。各乡镇周边具备分布式风电站条件，由各乡镇66kV变电站与分布式风电站组合构成分布式能源利用降低电网损耗、节能效果显著，可有效改善地区电压质量。

参考文献

[1]胡志坚,张子泳.分布式发电及其在电力系统中的应用[J].高科技与产业化,2010.

[2]GB/Z19963-2005,风电场接入电力系统技术规定[S].

[3]张娜.浅谈风电场电气一次系统设计[J].科技风,2009.