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风力发电场主变压器选择及优化设计

摘要：随着我国经济建设的快速发展，各行业的不断进步，使得我国对于能

源的需求与日俱增，风能是一种可再生、无污染的清洁能源。风力发电彰显了独

特的优势。在化石燃料日益枯竭的影响下以及人类对全球环境的恶化倍加关注下，

自从上世纪七十年代以来大量的资金被投入用于新能源和可再生能源的开发，促

进了经济与社会的进步及资源与环境的协调等问题。

关键词：风力发电场；主变压器；选择及优化设计

引言

电能是我国基础建设中非常重要的基础能源，其发展直接关系到我国各行业

的发展速度和发展方向。随着陆上风电“平价时代”的到来，如何降低风电场投

资成本、提高风电场发电量和整体收益率，成为风电项目投资领域关注的焦点。

影响风电项目投资收益的因素较多，主设备选型、设备集成方案、设计方案、安

装工艺及弃风限电等都会对投资收益产生影响。

1风力发电对电力系统运行的影响

通常情况下，由于电力系统特殊的运行情况，风电机组距并网点的距离大不

相同，在末端位置的机组就会有一定的不稳定因素，电力系统的分布就受到了影

响。在大部分电网设计的早期是没有考虑这些的。风机的装机规模越来越大，配

电网电压及并网功率的波动逐步增大，就有可能达到甚至超过临界值，严重的波

动如果不能及时切除，就会进一步引起电网电压严重失调乃至崩溃，最终导致系

统解列，造成大规模停电。当风电机组的运行方式为异步型发电机状态时，处于

发电状态的风电机组就会源源不断地向电网输出有功功率。由于电力系统的同步

性，风电机组还需要从电网中持续吸收无功功率。被风机吸收的无功功率必须得

到补偿，这里就需要无功补偿设备的调节，现阶段比较常用的是动态无功补偿装

置，与其配合使用的还有并联电容器组。功率恢复性是异步型发电机的一种特性，

当系统发生短路故障时，如果保护装置不能将故障点及时切除，也同样会出现暂

态电压异常波动的运行状态。随着清洁能源场站新增装机的不断提高，小火电厂

正在逐渐减少，电力系统受到新能源场站不稳定输出功率的影响进一步增加，当

电力系统运行平衡达到不能控制的情况就会发生大规模脱网事故。

2风力发电场主变压器选择及优化设计

2.1主变数量确定

主变数量分配应考虑主变的运输情况，分期建设情况，并结合经济技术比较

情况进行。一般情况下，单台主变容量越大，主变数量就越少、主变与其连接的

35kV设备一次性投资也就越少。但设备运行的灵活性相应降低。若风电场分期开

发，开发周期较长，可能造成前期一次性投资较大，且前期变压器容量选择较大

会造成空载损耗也较大。因此对于200MW及以下的单体新建项目，无扩建需求时，

宜采用单台或两台主变，采用线变组或单母线的主接线方案。对于单体为200MW

及以下风电基地项目、合建汇集站的方式时，考虑每个对应的风电场设置单台主

变，汇集站主变高压侧宜采用双母线或者3/2接线方案。

2.2主变压器选型

主变压器的额定容量根据所连接的风力发电机组的额定容量进行选择，由于

某些风力发电场采用单元接线，且单机容量为180MW/225MVA，所以525kV主变压

器的额定容量选择225MVA。主变压器的选型还需要考虑电站的地理位置和交通情

况等运输条件。若采用三相变压器，运输重量将超过120t，受运输条件的限制，

该电站选用满足运输条件的单相变压器，3个单相变压器充氮后运输重量为65t，

单相变压器容量为75MVA，3台单相变压器组总容量为225MVA，3台单相变压器

组成一个三相变压器组。风力发电场大型变压器的冷却方式可采用风冷或水冷。

风冷方式布置和运行维护简单，但噪音较大，对通风散热有一定的要求；水冷方

式冷却效率高、噪音低，但水冷却器受冷却水水质影响较大，且电站需设置相应

加压供水系统，设备及布置较复杂。采用强迫油循环风冷方式为水电站主变压器

冷却方式的原因有如下两点：1.某些风力发电场的水质泥沙含量较高，以至于很

难达到水冷却器的水质要求；2.主变压器布置在半敞开式的通风、散热条件好的

电站副厂房主变压器室内。

2.3同步发电机组并网技术

同步发电机组并网技术的实际工作状态能够在形成无功功率的同时实现有功

功率的输出，其周波较为稳定，所产生的电能质量较高，确保终端用电设备的正

常运转，被广泛地运用在电力系统中。但其具有一些弊端，即无法有效控制风速，

使得运行转子转矩无法保持稳定运行，并对电力系统产生较大的冲击，降低设备

的使用寿命。同步发电机组并网技术在电力系统实际应用期间，其常常出现