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摘要：本文分析了风力发电对电网电能质量的影响，探讨改善电能质量的方法。并对10kv架空线方案和35kv架空线方案进行分析，根据发电厂电气主接线的设计原则和基本要求，设计了风力发电厂电气主接线。
关键词：风力发电;电能质量;并网;电气主接线设计
1风力发电对电能质量的影响及改善
1.1影响
随着越来越多的风力发电机组组并网运行，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力发电机组组本身的运行特性使风力发电机组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。
1.2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。
SVC装置：近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在非线性及冲击性负荷连接点处的系统电压水平保持恒定。
无源滤波装置：该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。
动态电压调节装置（DVR）则是目前保证对敏感负荷供电质量非常有效地串联补偿装置，因为它通过自身的储能单元，能在毫秒级内将电压跌落补偿至正常值，因此是抑制动态电压干扰的有效补偿装置，它主要由储能单元、DC/AC逆变器模块、连接变压器等部分组成，储能容量可根据用户电压跌落统计数据确定，逆变器的模块一般采用由IGBT构成三相全桥结构，采用PWM调制方式，这种结构控制灵活，便于分相补偿。因而DVR能消除电压跌落，提高大型风力发电场的供电质量方面有显著的效果。
2风力发电厂电气主接线的设计
某项目风力发电场总装机容量为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。风电场出线为1回，经架空线接入110kV变电站。风力发电机出口电压为690V，每台风力发电机组配置1台箱式变压器，箱变可将风力发电机组出口电压升高至10kV或35kV后接人风电场llOkV升压站中压开关柜。下面主要对10kV或35kV集电线路方案进行分析。
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，根据风力发电机组布置情况，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。
推荐采用35kV架空线方案，结合风力发电机组布置情况，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。
风力发电厂总装机容量为49.5MW，风力发电机组出口电压为690V，经箱变升压至35kV。风力发电机组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力发电机组故障不影响其他风力发电机组正常运行，该接线简单，操作方便。
风力发电机组一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，根据风力发电机组布置共组成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110kV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。
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，风力发电机組发出的电能经架空线送入110kV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，110kV升压站35kV系统装设1套消弧消谐装置。
3结语
风电场的建设，对于可再生能源的利用、减少温室气体的排放、缓解电力供需矛盾和改善电源结构有重要的意义。该项目是贯彻落实国家的可持续发展战略和大力开发风力资源，提高风力发电机组本地化率的政策，是对我国风电事业的发展和推动。
关键词：风力发电;电能质量;并网;电气主接线设计
1风力发电对电能质量的影响及改善
1.1影响
随着越来越多的风力发电机组组并网运行，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力发电机组组本身的运行特性使风力发电机组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。
1.2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。
SVC装置：近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在非线性及冲击性负荷连接点处的系统电压水平保持恒定。
无源滤波装置：该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。
动态电压调节装置（DVR）则是目前保证对敏感负荷供电质量非常有效地串联补偿装置，因为它通过自身的储能单元，能在毫秒级内将电压跌落补偿至正常值，因此是抑制动态电压干扰的有效补偿装置，它主要由储能单元、DC/AC逆变器模块、连接变压器等部分组成，储能容量可根据用户电压跌落统计数据确定，逆变器的模块一般采用由IGBT构成三相全桥结构，采用PWM调制方式，这种结构控制灵活，便于分相补偿。因而DVR能消除电压跌落，提高大型风力发电场的供电质量方面有显著的效果。
2风力发电厂电气主接线的设计
某项目风力发电场总装机容量为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。风电场出线为1回，经架空线接入110kV变电站。风力发电机出口电压为690V，每台风力发电机组配置1台箱式变压器，箱变可将风力发电机组出口电压升高至10kV或35kV后接人风电场llOkV升压站中压开关柜。下面主要对10kV或35kV集电线路方案进行分析。
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，根据风力发电机组布置情况，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。
推荐采用35kV架空线方案，结合风力发电机组布置情况，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。
风力发电厂总装机容量为49.5MW，风力发电机组出口电压为690V，经箱变升压至35kV。风力发电机组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力发电机组故障不影响其他风力发电机组正常运行，该接线简单，操作方便。
风力发电机组一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，根据风力发电机组布置共组成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110kV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。
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，风力发电机組发出的电能经架空线送入110kV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，110kV升压站35kV系统装设1套消弧消谐装置。
3结语
风电场的建设，对于可再生能源的利用、减少温室气体的排放、缓解电力供需矛盾和改善电源结构有重要的意义。该项目是贯彻落实国家的可持续发展战略和大力开发风力资源，提高风力发电机组本地化率的政策，是对我国风电事业的发展和推动。