2025年风力发电场主变压器选择及优化设计 .pdfVIP

其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》

风力发电场主变压器选择及优化设计

摘要：近年来，社会进步迅速，我国的风电场建设的发展也有了很大的改善。

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。影响风点项目投资收益的

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。

关键词：风力发电场；主变压器选择；优化设计

引言

随着“碳达峰”“碳中和”目标的提出，绿色可再生新能源的关注度再次高

涨，随之而来的风力发电在可再生新能源中的占比持续增加。在风力发电过程中，

供电变压器需要将风电机组出口侧690V的电能转换为400V的电能，为风力机组

电控系统提供配电。新能源场址较为偏僻，自然环境恶劣，机组部件故障率高，

会产生高的运维费用，因此，要求风机部件的可靠性高，故障率低，使用长寿命

设计。供电变压器的安全可靠及长寿命的设计，可以满足风电场高温、高湿和盐

雾等恶劣环境的运行要求。

1风电场内部分散式控制模式

传统集中式控制仍是目前风电场采用的主流控制方式，它是由风电场总站控

制器接收每一台风机的状态信息，然后对这些信息进行计算处理，再将按照一定

原则计算得到的功率参考值下发至各个风机。集中式控制下的风电场总站可以看

作是一个受约束的多输入多输出系统，总站控制器的计算相对比较复杂；此外，

风电场总站控制器与风机的远距离通信建设成本较高。随风电场的规模增大，对

总站控制器的计算及通讯可靠性要求也在提高。分散式控制的模式极大地减轻了

风电场总控制器的计算量和通信负担。在分散式控制中，风电场集电网络中的每

个机组节点（控制器）都有自己的局部目标函数和局部约束，每个机组控制器解

决局部优化问题。分散控制是迭代求解的，而所有局部最优最终会收敛到全局最

其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》

优值。风电场的控制是分散式的，而控制目标可以达到风电场整体的最优。即各

控制器通过分散式算法进行功率参考值求解，迭代计算结果可以使各风电机组的

运行状态收敛到最优，从而满足风电场整体控制目标。分散式控制下，参与计算

的控制器规模增大，但总体计算量没有增加；当前控制器芯片计算能力的提高及

通讯能力的进步也将满足对各机组控制器的控制性能的要求。假设风电场无功补

偿装置能够协调运行，若风电机组发出的无功功率之和不满足上级电网的无功需

求指令，无功缺额则再由风电场无功补偿装置提供。分散式控制的灵活性和鲁棒

性均强于集中式控制，并且能在降低通信成本的同时保证较好的控制性能。

2考虑实际运行工况供电变压器寿命损失

将风电场风机实际运行工况分为：大风工况-变桨和偏航需要长期动作；小

风工况-变桨和偏航不需要动作；低温工况-散热系统关闭，加热系统开启；高温

工况-加热系统关闭，散热系统开启；最恶劣工况-机组环境温度高，风速大且风

向变化快，变桨、偏航和散热均起动。机组供电变压器容量暂定200kV·A，通过

统计机组在各种工况下的自耗电需求，取额定时间常数为0.5h，设每种变化的供

电变压器初始负载率都为额定负载率，对过载工况进行过程计算，轻载工况时认

为寿命损失是瞬变的。变压器设计为F级绝缘，考虑5℃的裕度，热点温度极限

为175℃（448K），受限于采样频率，认为若设备达到了极限温升，则温升不再

变化，直到下一个工作状态。

3优化措施分析

3.1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，主变数量越少、主变以