风电场综合厂用电率计算分析

王利静　杨静坤　王利书

摘要：综合厂用电率是风力发电企业主要的经济运行指标。文章结合某风力发电场综合厂用电的实际情况，从影响综合厂用电的主要因素出发，分析计算了厂用电率，意在寻求降低综合厂用电率的有效途径，这对风电场节能具有十分重要的现实意义。

关键词：风电场；综合厂用电率；电力损耗；风力发电企业；节能 文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2016）34-0118-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.058

1 概述

风力发电技术是一种极具利用潜能的可再生能源发电技术。风能本身不含任何污染物，是一种清洁原料，在风电生产过程中也不产生任何污染物，而且风力资源的分布又遍及世界各地，是一种可再生能源，因此风电场发展前景十分广阔。建设风电场主要是为了提高发电量及具有良好的发电效益，因此风电场对于节能降耗的管理工作愈加重要。综合厂用电率是风力发电企业主要的经济运行指标，也是发电集团开展对标管理的主要指标之一，因此加强综合厂用电率分析，有效减少场用电量消耗，降低综合厂用电率，在用电日趋严重的今天显得尤为重要。综合厂用电率是发电生产过程中设备设施消耗的电量占发电量的比例。本文通过对某风电场的用电率进行计算分析，探寻用电率偏高的原因，并提出可行的措施和建议。

2 基本情况

本风电场风机有两种型号，一期安装33台联合动力发电机组，二期安装33台金风科技发电机组，该风电场自投运以来，各设备运行基本正常，但用电率指标偏高，为了寻找原因，我们对影响用电率的相关指标进行分析计算。本风电场综合厂用电率为综合厂用电与风机发电量的比值。综合厂用电计算为：风机发电量-主变低压侧上网电量+站用电+主变损耗的80%。风电场厂用电损耗包括风机机组损耗、箱变损耗、电力电缆损耗、架空线路损耗、主变损耗和站用电。按额定容量来估算风电场年损耗电量，根据本风电场可行性研究报告知，风机年平均利用小时数为2114h。按年平均利用小时数为2114h计算年损失电量。

3 用电率计算分析

风电场是由风力发电机组、架空线及箱变、升压站内设备三部分设备组成。从负载上来看，风电场厂用电和有功损耗主要有风力发电机组自用、输电线路损耗、变压器及站用变用电，因此将综合厂用电分析分为以下四部分：

3.1 一期33台联合动力机组耗电量分析

联合动力机组耗电量包括风力机组损耗、箱变损耗、电缆损耗和线路损耗。

本风电场联合动力风机部件消耗功率统计见表1。

风机有风发电时耗电元件有齿轮箱油泵（6kW）、发电机内部风扇（5.5kW）、发电机外部风扇（4.75kW）、齿轮箱换热器风扇（3kW）。则联合动力单台机组有风发电消耗功率为：

P1=6+5.5+4.75+3=19.25kW

冬季风机加热耗电元件为机舱加热器（20kW）、变流器控制电和加热（5kW）、塔底柜加热器（1kW）。则单台机组冬季消耗功率为：

P2=20+5+1=26kW

又冬季无风时发电机加热器（1.5kW）、齿轮箱油加热器（3kW）工作，单台机组消耗功率为：

P3=1.5+3=4.5kW

由表2和表3分析，70m高年有效风速小时数占全年的51.67%～61.92%。风速的季节变化以5、6、7、8、9、10、11月为大，12、1、2月为小，则：一年内风机有风发电时间为：4526.43～5424.56h，取有风发电时间为5000h。实际年累计满负荷时间为：447.59～591.91h，取年累计满负荷时间为500h。

结合风机各部件消耗功率得风机年耗电量见表5。

3.2 二期33台金风科技机组耗电量分析

金风科技机组耗电量包括风机损耗、箱变损耗、电缆损耗和线路损耗。

本风电场金风科技风机部件消耗功率统计见表4。

因为电量采集位置不同，金风科技风机在有风发电时不采集功率损耗，即金风科技风机只在不发电时有功率损耗。

夏季不发电时风机散热耗电元件为IGBT冷却风扇（8kW）、电容器冷却风扇（3kW）、塔底冷却风扇（4kW）。则单台机组消耗功率为：

P1=8+3+4=15kW

又冬季无风时机舱加热器（0.03kW）、塔底加热器（0.8kW）工作，单台机组消耗功率为：

P2=0.03+0.8=0.83kW

根据风资源数据分析得到的典型年2009及2010年发电时间汇总表（表2和表3），结合风机各部件消耗功率得该机组年耗电量见表5。

3.3 升压站主变压器耗电量分析

3.3.1 主变空载损耗为：

3.3.2 主变负载损耗为：（变压器容量比为100/50/100）即主变额定容量为180MVA，高压侧为180MVA，中压侧为90MVA，低压侧为180MVA。负载损耗为：

Pk1-2=150.3kW

Pk1-3=513.8kW

Pk2-3=129.8kW

3.3.3 折算到变压器额定容量的损耗值为：

各侧绕组的损耗为：

3.3.4 折算到各侧的损耗为：

3.3.5 单台变压器的年耗电量为：

3.3.6 变压器损耗的80%为综合厂用电损耗，即：

3.4 升压站站用电量分析

考虑到冬季电采暖损耗和夏季的空调损耗，根据1月和7月的日用电量估算一年内站用电为：

3.5 综合厂总用电分析

根据上述计算得到本风电场综合厂总用电分析如表5所示，主要耗电指标为一期33台联合动力机组的风力机组损耗，占25.54%，二期金风科技机组相比一期联合动力机组，风机耗电大大降低，用电量仅占2.33%，并且其他指标耗电量与一期基本相同；其次为电缆用电，一期和二期分别占13.69%和13.68%，第三为线路损耗，一期和二期分别占10.87%和10.97%。

4 数据分析

4.1 综合厂用电率

4.1.1 根据风资源数据分析，本风电场年平均利用小时数为2114h。则66台风机年发电量为：

。

4.1.2 风电场综合厂用电为：

4.1.3 综合厂用电率为：

该指标高于一般指标要求范围（2.04%～5.79%），说明需要对各耗电指标进行调整，来降低综合厂用电率。

4.2 降低综合厂用电率的措施及建议

4.2.1 减少发电机组损耗。根据上述分析，两期66台发电机组的损耗占用电量的大部分，尤其是一期33台联合机组的用电量最大，我们需要根据现场实际情况优化程序参数，尽量缩短各用电设备的工作时间和启停次数，从而达到减少风机自用耗电的目的。具体措施有：根据环境温度设定冷却装置和加热器装置的启停及工作；偏航系统参数修改，减少电机的启停次数；修改风机的切入风速；提高电压来降低输电线路损耗；改变风电机组电量计量点，将计量点从风机发电侧改为风机出口侧，风机发电过程中损耗不计入统计，从而降低厂用电率。

4.2.2 减少变压器和站用电量。变压器不平衡度越大损耗也越大，因此一般要求变压器低压侧电流的不平衡度不得超过10%，低压干线及主要支线始端的电流不平衡度不得超过20%。提高功率因素和降低变压器运行温度的措施可提高运行经济性。变压器铁损和铜损随着电压的变化而变化，在满足电网电压的前提下，进行优化选择变压器档位，尽可能维持高电压，可降低变压器损耗。站用电量调整的空间不大，如果能及时关灯、合理控制电采暖和水加热器、少开空调和大功率电器等节能降耗措施，也能适度降低综合用电量。

5 结语

本文结合实际，对风电场综合厂的用电率进行了计算分析，并提出了相应的降低用电率的措施和建议，希望能对其他风电场降低厂用电提供参考。

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作者简介：王利静（1985-），女，河北邯郸人，供职于新疆龙源风力发电有限公司，研究方向：风电技术。

（责任编辑：王 波）