（国家电投集团山东新能源有限公司 山东省济南市 250000）
摘要：随着经济的高速发展，日渐老化的传统的电网结构已经很难满足人类对于电力方面的需求，也跟不上技术变革的步伐。通过设备选型优化风力发电站的电能质量，对安全稳定的接入电网进行设计，优化资源配置节能减排。
关键词：能源替换；关键性技术；研究现状；接入系统
引言
伴随着全球资源环境压力的不断增大，自然资源的日益枯竭，社会对于资源的循环利用、节能减排、环境保护、以及可持续发展的要求也日益提高，能源的效率对于从电能和热能的生成、分配和输送等所有类的能源转换都会产生一定的影响。如何选择、建设新能源电站，尤为重要，针对接入电网的设备选型，功率调节、电能质量优化，无功补偿能力等成为优化电能质量的课题。通过分析德州电网、乐陵电网的负荷发展、风电建设情况及风电的特点提出风电站的接入系统方案，并进行相应的系统继电保护、调度自动化及系统通信的方案设计。
一、拟建电站任务和规模
1.1风电站容量规划
本风电站规划容量为48MW，新建1 座110kV 升压站，安装1 台50MVA（110/35kV）双绕组变压器，风电站新建的24 台2MW 风电机组经机端变压器升压至35kV，由集电线路接入升压站35kV 配电装置。升压站规划出线1回， T 接至110kV 信家～乐陵线路，新建线路采用300mm2截面导线，长度约0.5km。
1.2风电机组的选型
根据风电站区域内的测风塔测风数据统计分析100m 高度平均风速为5.70m/s，相应风功率密度为210.8W/m2；主导风向和主导风能风向分别为SW 和SSW，出现的频率分别为14.0%和21.1%，测风塔100m 高度主导风能风向有差别，但主要风向风能均集中在NNE～ENE 和SSW～SW 风向扇区上，出现频率分别为48.1%和61.4%；本风电站标准空气密度下100m 高度处50 年一遇10 分钟平均最大风速为28.9m/s，所有不同高度层风切变指数为0.345，相对较大，但随着高度上升，风切变指数有减小的趋势；根据IEC61400-1（1999）标准关于风机安全等级的规定，在风电机组选型时需选择适合IEC B 类及以上的风力发电机组；因此在机组选型时需选择安全等级为IEC ⅢB 类及以上等级的风力发电机组。针对风电站的具体情况，对5 种风力发电机组的优选进行发电量、经济技术等指标对比分析，建议采用叶轮直径121m、额定功率2000kW 的WTG2 机型，轮毂安装高度100m。根据本风电站风能资源进行发电量计算，综合考虑尾流修正、空气密度修正、控制与湍流折减、叶片污染折减、厂用电、线损能量损耗、周边风电站对发电量的影响、气候影响停机等因素，对风电站上网电量进行修正。经计算，24 台2000kW 风电机组年上网发电量为105.168GW•h，年等效满负荷运行小时数为2191h，平均容量系数为0.2501。
二、电力系统概况
2.1电网现状
乐陵电网位于德州电网东北部，通过220kV 庆云～乐陵线路与庆云电网相连，通过220kV 乐陵～宁津线路与宁津电网相连。现已形成以220kV 乐陵站为主供电源，以110kV、35kV 电网为骨干网架的电网结构。
乐陵市共有220kV 公用变电站1 座，即乐陵站，变电容量330MVA；有110kV 变电站3 座，变电容量300MVA，110kV 线路8 条，长度为76.14km；有35kV 公用变电站14 座，变电容量179.35MVA，35kV 用户变电站13 座，变电容量158.85MVA，35kV 公用线路24 条，长度为207km。
全市约电量11.67 亿kWh，网供最大负荷305.3MW。
2.2 电力需求预测及电力平衡
随着国民经济的快速发展，市用电量和用电负荷也有了较快增长，全市用电量328亿kWh，网供最大负荷5600MW。预测2020 年全市用电量和网供最大负荷分别为372 亿kWh、5600MW，“十三五”期间年均增长率分别为13.25%和13.47%。“十三五”增长率全市用电量增长13.25%，网供最大负荷13.47%，用电需求大于电站装机容量。
2.3拟建电站的设必要性
随着经济的持续高速发展和人们社会生活水平的不断提高，山东省能源对外依存度不断增加。目前山东省93%以上的发电量均来自燃煤电站，50%左右的电煤供应依靠其他省份。风力发电，为绿色能源。积极开发利用山东的风力资源，大力发展风力发电，可替代一部分矿物能源，能降低山东省的煤炭消耗、缓解环境污染和交通运输压力，对于改善电源结构等具有非常积极的意义。随着风力资源的大力开发和利用，风电将成为山东电网的有益补充。
三、接入系统方案
3.1风电站接入对电力系统的影响
风力发电作为目前可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模的发电方式之一，在我国得到了广泛开发和利用。由于风电输出的间歇性和随机性，风电站接入电网后，在向电网提供清洁能源的同时，对电力系统可能产生不利的影响。主要表现在以下几个方面：
3.1.1风电并网过程对电网的冲击；
3.1.2对系统频率的影响；
3.1.3对电网电压稳定性及电能质量的影响。
3.2 影响风电接入容量的主要因素
风电接入容量的大小不仅取决于风电站机组的运行特性和系统中其它发电设备的调节能力，还与风电接入的系统网络结构等诸多因素紧密相关。影响风电接入容量的因素主要有：
3.2.1风电站接入点负载能力的强弱；
3.2.2风电站与电网的联接方式；
3.2.3系统中常规机组的调节能力的大小；
3.2.4风电机组的类型和无功补偿状况；
3.2.5地区负荷的特性。
风电穿透功率极限是指系统所能接受的风电站最大装机容量与系统最大负荷的比值。此指标主要考虑风电站对系统频率的影响，运行时，系统的可调节容量能保证电网频率的变化在允许范围内来制定。根据欧洲国家的一些统计数据，风电穿透功率达到10%是可行的。可见，保证风电站自身及系统运行的稳定性是制约风电站建设规模及类型的决定因素。
3.3风电站接入系统方案
在郑店风电站附近新建1座110kV升压站，郑店风电站本期新建的24台2MW风电机组经机端变压器升压至35kV，由集电线路接入升压站35kV配电装置。升压站规划出线1回，本期出线1回，T接至110kV信家～乐陵线路，新建线路采用300mm2截面导线，长度约0.5km。
风电站升压站建设方案一：郑店风电站本期安装1 台50MVA（110kV/35kV）主变，并为铁营风电站预留1 台50MVA（110kV/35kV）升压主变的位置。升压站110kV 电气主接线远景及本期均采用单母线接线，35kV 电气主接线本期采用单母线接线，原则采用单母线分段接线。
3.4电气主接线及电气设备选择
风电站升压站安装1台双绕组有载调压变压器：额定容量：50MVA；容量比：100/100；电压：115±8×1.25%/37kV；短路阻抗：按10.5%考虑；接线组别：YNd11；升压变压器中性点应直接接地、具备不接地运行条件。
3.5无功补偿
为补偿风场风机箱变、升压主变及送出线路的无功损耗，补偿送出线路的充电功率，需装设动态无功补偿装置。风电站升压站新建主变低压侧安装1组±12Mvar动态无功补偿装置。
3.6线路保护
通常依据在风电投入或退出风电站出线110kV线路“T”接至110kV信家～乐陵线路，线路三侧要求配置光纤差动主保护，及相间、接地距离和零序电流保护，配置三相操作箱。要求线路具备光缆通道。110kV风电站升压站～信家站线使用专用光纤芯，专用2芯，备用2芯。110kV风电站升压站～乐陵站线使用专用光纤芯，专用2芯，备用2芯。110kV信家站～乐陵站线使用专用光纤芯，专用2芯，备用2芯。
3.7故障录波器
为了分析电力系统事故及继电保护装置的动作情况，升压站内配置故障录波装置，起动判据应至少包括电压越限和电压突变量，记录升压站内设备在故障前10s 到故障后60s 的电流、电压、保护装置动作及保护通道的运行情况及开关位置状态等。
结语
综上所述：对风电机组选型、配网设备的选择，接入系统的设计、电气主接线、无功补偿装置选择、系统继电保护、调度自动化装置等进行选择。通过分析接入新能源电站对电网的危害以及影响风电站的主要因素分析，客观真是的反映了风电站接入系统。通过设备选型、负荷调研分析，本设计能够满足风电站接入系统要求，可以实现安全稳定供电。
参考文献
[1]《风电站电气系统典型设计》（2011 年）.
[2]《国家电网公司风电站接入电网技术规定》（Q/GDW 392-2009）.
[3]《国家电网公司风电站接入系统设计内容深度规定（修订版）》.
[4]《电力系统安全稳定导则》（DL755－2001）.