专利名称：大型风电场升压变压器设计方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电与输电技术领域，属于对大型风电场集中上网区域提出的风电场升压变压器的设计方案；特别是一种大型风电场升压变压器设计方法与系统。
背景技术：
在能源和环境问题备受关注的当今，风力发电等新能源发电技术作为一种洁净的可再生能源在许多国家得到了迅猛发展。随着我国各地区各个“千万千瓦级风电基地”的逐步开工建设，选择合适的风电上网升压变压器对于节约投资、减少风电场内部损耗、增加发电效益具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题其一在于提供一种大型风电场升压变压器设计方法，其二在于提供一种大型风电场升压变压器系统；以实现大型风电场节约输送投资、减少变电损耗、 增加发电效益的目的。本发明解决上述第一技术问题，采用以下技术方案一种大型风电场升压变压器设计方法，包括风机发出的风电经箱式升压变升至35kV电压等级，其特征在于通过35kV /330kV升压变压器将电压由35kV直接升至330kV送入主电网；具体包括下述步骤
A.确定大型风电场装机容量与打捆原则
确定大型风电场的单个风电场装机容量为200MW左右，将每三个风电场打捆送出，即每三个风电场装机打捆送出容量共计600MW左右；
由于风电场各风机分散接入的特点，风机台数越多，风机脱网的概率越大，对于大型风电场装机容量确定为单个风电场装机容量为200MW左右，三个风电场打捆送出装机容量共计600MW左右，减小了单个风电场脱网对西北电网的冲击；同时降低了打捆风电群脱网的概率，进一步降低了打捆风电群脱网时对电网的冲击，也降低了各个大型风电场发生连锁脱网的概率。B.选择大型风电场升压变压器容量
确定装机容量为200MW的风电场，其升压变压器的容量为MOMVA ； 依据各个大型风电场的装机容量为200MW，考虑升压变压器的转换效率，并结合系统的无功需求，确定为单个200MW风电场升压变压器的容量为M0MVA。将单个大型风电场的风电经过十二至十四回35kV箱变汇集线路输送到升压变压器的35kV汇集母线；
C.选择大型风电场升压变压器电压等级
同一区域大型风电场采用35/330kV —次升压方式，直接汇入330kV主网络； 由于多采用分布式电源集中上网方案，同一风电场内35kV汇集线路总长度相对较短， 因此对于同一区域大型风电场确定采用35/330kV —次升压方式，直接汇入330kV主网络； 这种方案取消了一次电压变换环节，从而可以减少变电投资，增加发电效益。D.设计大型风电场升压变压器主抽头额定电压大型风电场升压变压器主抽头额定电压为345士8X1. 25%/35kV ； 考虑到风电场的运行过程中既有电源特性又有负荷特性，因此推荐大型风电场升压变压器主抽头额定电压为345士8X1. 25%/35kV;既保证了风电安全经济并网时的电源特性， 同时也可合理的解决风机启动时的供电需求。E.风电场箱式变压器的形式
单个风电场升压变压器采用YN/dll接线方式；各个箱式升压变压器接线组别采用D/ ynll接线方式。考虑到电力系统安全经济运行的需求，单个大型风电场升压变压器采用YN/dll 接线方式，低压侧构成3次谐波和零序电流环流通道，减小了风机大型变流器对公网的谐波污染。根据大型风电场升压变压器的接线方式，各个箱式升压变压器接线组别采用D/ ynll接线方式，实现了 Y/D、D/Y系统的完美转化。本发明解决上述第二技术问题，采用以下技术方案一种大型风电场升压变压器系统，包括35kV箱式变压器(以下简称箱变)汇集线路，每回35kV箱变汇集线路并接十一至十二条35kV汇集电缆，每条35kV汇集电缆连接一个0. 69kV/35kV箱式升压变压器，每个 0. 69kV/35kV箱式升压变压器低压侧经低压电缆连接一台风电电压为0. 69kV的风机；每回 35kV箱变汇集线路并接入35kV汇集母线，其特征在于35kV箱变汇集线路是十二至十四回；35kV汇集母线连接至35kV/330kV升压变压器低压侧，35kV/330kV升压变压器高压侧经过330kV汇集母线与330kV送出线路连接。所述大型风电场升压变压器系统，包括三台或四台35kV/330kV升压变压器，三台或四台35kV/330kV升压变压器高压侧并接于330kV汇集母线，330kV汇集母线与330kV 送出线路连接。传统的汇集方案是风机发出的风电经箱式升压变升至35kV电压等级后，再由 IlOkV升压变压器升压到IlOkV电压等级，然后再通过330kV升压变压器送入主电网。本发明采用330/35kV —次升压方式，减少了一个电压等级，就减少了一次变电投资，因而减少了一系列的35/110kV的升压站，节省了工程的一次性投资及后期运行维护成本，整个系统转换效率更高，可以有效的降低变电损耗，增加发电效益；通过一级电压变换实现风电上网，为大型风电场接入系统提供了一种可靠又经济的方式，对输变电工程全寿命周期建设有着重要的意义。对我国今后大型风电的发展具有示范意义，尤其适用于西部地区大型风电场。
图1为大型风电场传统升压变压器系统结构图，
图2为各大型风电场装机容量相同情况下本发明升压变压器系统结构图， 图3为各大型风电场装机容量不同情况下本发明升压变压器系统结构图。图中1 一大型风电场330kV送出线路，2— 330kV母线，3 —传统升压方案 110kV/330kV升压变压器，4— 1 IOkV汇集母线，5—35kV母线，6—传统升压方案1 IOkV汇集线路，7—传统升压方案IlOkV母线，8—传统升压方案IlOkV升压变压器，9一35kV汇集母线，10 — 0. 69kV/35kV箱式升压变压器，11—35kV箱变汇集线路，12 — 35kV汇集电缆，13—低压电缆，14 一风机，15—!35kV/330kV升压变压器，1501— 120MVA变压器，1502—240MVA变压器。
具体实施例方式
图ι所示是风电场传统升压方案，风电场分组容量一般为5万kW以下，风机采用单机容量为1500kW的风力发电机组，每台风机14发出的风电，电压为0. 69kV，经低压电缆13引至35kV箱式升压变压器10升压到35kV后通过35kV汇集电缆12并接到35kV箱变汇集线路11上。每回35kV箱变汇集线路11带1广12台风机，各个风电场经2 3回35kV箱变汇集线路11汇集至1 IOkV升压站内35kV汇集母线9，经1 IOkV升压变压器8升压至1 IOkV接到IlOkV升压站内IlOkV母线7，之后通过IlOkV汇集线路6将各个风电场所发的风电引至330kV升压站IlOkV汇集母线4，通过330kV升压变压器3升压至330kV电压等级后，经 330kV送出线路汇入330kV主电网。图2为本发明在各大型风电场装机容量相同情况下的升压方案，一种大型风电场升压变压器系统，包括35kV箱式变压器汇集线路11，每回35kV箱变汇集线路11并接十一至十二条35kV汇集电缆12，每条35kV汇集电缆12连接一个0. 69kV/35kV箱式升压变压器10，每个0. 69kV/35kV箱式升压变压器10低压侧经低压电缆13连接一台风电电压为 0. 69kV的风机14 ；每回35kV箱变汇集线路11并接入35kV汇集母线9，其特征在于35kV 箱变汇集线路11是十二至十四回；35kv汇集母线9连接至35kV/330kV升压变压器15低压侧，35kV/330kV升压变压器15高压侧经过330kV汇集母线2与330kV送出线路1连接。见图2 该大型风电场升压变压器系统，包括三台35kV/330kV升压变压器15，三台35kV/330kV升压变压器高压侧15并接于330kV汇集母线2，330kV汇集母线2与330kV 送出线路1连接。三台35kV/330kV升压变压器15的容量均为MOMVA变压器1502。本发明之大型风电场升压变压器系统在酒泉地区风电一期工程应用。按酒泉地区风电一期工程单个大型风电场容量均为200MW级考虑。风电由各台风机14出口至35kV汇集母线9的汇集过程与风电场传统升压方案基本一致，各个大型风电场经12 14回35kV箱变汇集线路11汇集至330kV升压站内35kV汇集母线9，之后通过本发明的35kV/330kV升压变压器一级升压至330kV电压等级后经330kV送出线路汇入330kV主电网。本发明的升压方案取消了 35/110/330kV传统升压方案中的一个变电环节，与传统升压方案相比较，节省了大量的IIOkV升压站变电投资和IlOkV汇集线路投资，节省了设备的运行维护费用，为电力系统的调度工作带来了很大的便利，同时35kV/330kV两绕组升压变压器比传统升压方案330kV三绕组自耦升压变压器也可减少变电投资。本发明的升压方案虽然增加了部分35 kV汇集线路损耗，但大幅减少了一次变电损耗，总体汇集效率更尚ο图3为本发明在各大型风电场装机容量不同情况下的升压方案，该大型风电场升压变压器系统，包括四台35kV/330kV升压变压器15，四台35kV/330kV升压变压器15并接于330kV汇集母线2，330kV汇集母线2与330kV送出线路1连接。图3的升压方案适用于四家业主承建的情况，其中有两家业主分别承建了 200丽级风电场，另外两家业主分别承建了 100MW级风电场。为了便于资产划分和运行管理，330kV升压站内装设2台12OMVA升压变压器1501和2台240MVA升压变压器1502，2台120MVA升压变压器1501分别汇集两个100MW级风电场所发风电。该方案风电场的升压过程与图2所述一致，仅是针对风电场的容量不同相应调整330kV升压站内330kV升压变压器的容量。下面是三项本发明的工程应用实例，其工程背景近年来，随着《可再生能源法》的颁布实施，甘肃省风电开发得到了较快发展。甘肃省委、省政府根据国家风电发展规划，因地制宜，提出了 “建设河西风电走廊，再造西部陆上三峡”的战略目标，并在风能资源丰富、 又具有多方面优势的酒泉地区建设“千万千瓦级风电基地”，这也成为国家继西气东输、西油东输、西电东送和青藏铁路之后西部大开发的又一标志性工程。“酒泉千万千瓦级风电基地”立项后，国家能源局、国家发改委、中国电科院、西北水电勘测设计院、西北电力设计院、甘肃省电力公司、甘肃省电力设计院等有关部门充分研究和论证，结合西北电网特点，提出了单个大型风电场的装机容量原则和地区风电场打捆原则酒泉风电基地单个大型风电场装机容量确定为200MW、同一区域600MW风电机组打捆上网(不含特许权项目)，既可保证电网的安全经济运行，又使发电企业的效益最大化。“酒泉千万千瓦级风电基地” 一期工程包含19个200丽风电场及300+200MW特许权风电场合计装机容量430MW，为当时世界上规模最大、接入电压等级最高的超大型风电基地，甘肃省电力设计院完成了其相关接入系统设计、无功配置论证、升压站设计等相关工作。北大桥西升压站等升压站已经全部投运。工程应用实例1
玉门昌马风电场由大唐集团公司昌马第一风电场、中国海洋石油总公司第二风电场、 中国节能投资公司昌马第三风电场构成，三个风电场合计装机600MW。按照本发明的方法，对玉门昌马三个风电场进行升压变压器进行设计论证
A)大唐集团公司昌马第一风电场容量200丽，中国海洋石油总公司第二风电场容量 200MW，及中国节能投资公司昌马第三风电场容量200MW，三家合建昌马西330kV升压站，打捆以一回330kV线路送入玉门镇330kV变电站。B)三个风电场装机容量均为200MW，兼顾变压器最优转化效率和电力系统无功需求，预留一定的无功容量空间，因此设计推荐三个风电场升压变压器容量均为M0MVA。C)三个风电场南北方向竖直排列，南北方向宽度约25km，东西方向宽度约7km。综合考虑10kV、35kV、110kV汇集方案投资及电气损耗因素，推荐采用35kV汇集方案，风电场升压变压器采用两卷变形式，取消IlOkV电压等级绕组，在保证系统最大变电效率的同时可大幅降低投资费用；因此设计推荐各个风电场升压变压器为35kV/330kV —次升压方式， 各个风电场经升压后直接送入玉门镇330kV变。D)风电场正常运行时风机表现为电源特性，因此升压变压器主抽头额定电压应高于各标称电压的10% ；风电场各风机由静止转化到投运过程时需系统提供电源，此时风机表现为负荷特性，因此升压变压器主抽头额定电压应等于各标称电压；兼顾风电场的电源特性和负荷特性推荐风电场升压变压器主抽头为345士8X1. 25%/35kV。Ε)根据电力系统安全经济运行的要求，推荐昌马三个风电场升压变压器均采用 YN/dll接线方式，低压侧构成3次谐波和零序电流环流通道，减小了风机大型变流器对公网的谐波污染。因此低压箱式变压器推荐采用D/ynll接线方式，同一电压等级内接线方式相同，便于各种二次设备的配置。F)根据传统变电方式，昌马各个风电场各风机的低压汇集方案应为 0. 69/10/110kV、0. 69/35/1 IOkV或0. 69/35kV，综合考虑低压汇集线路的长度同时结合各级变电投资，设计推荐昌马各个风电场0. 69/35/330kV两级升压方式，在变压器转换效率可以得到保证的同时至少减少一个变电环节，大幅降低了一次投资，同时整个系统集成效
率略有提高。G)在风电项目中，大多数为规模在200丽及以上大型风电场，若采用两级电压变换后再接入电网的方式，每一个风电场需建设至少两座1 IOkV升压站，两回1 IOkV线路和一座330kV升压站，才能将风力发电送到电网，各升压站加上输电线路的总投资很大。若采用甘肃省电力设计院提出的新型风电专用升压变压器，直接由35kV升压到330kV，三个风电场仅需建设一座330kV升压站，就可以将风力发电更可靠的送到电网，而且投资大大减少。 通过一级电压变换实现风电上网，为乃至大型风电场接入系统提供了一种可靠又经济的方式。以上升压站升压变压器配置方案，顺利通过了国家电网公司组织的各级评审，三家业主均已采纳，各种招标工作已经完成，已经于2011年初投运。工程应用实例2
北大桥西风电场由中国水电集团北大桥第一风电场、汇能北大桥第四风电场、中国电力北大桥第五风电场构成，升压后打捆以一回330kV输电线路接入敦煌750kV变。三个风电场装机容量均为200MW，合计600MW。甘肃省电力设计院完成了其接入系统设计报告和升压站可研报告及相关施工图等。按照实例1相同步骤，详细论证了三台升压变压器的设计方法。以上升压站升压变压器配置方案，顺利通过了国家电网公司组织的各级评审， 2010年底已经全部投运。工程应用实例3
桥湾风电场华润桥湾第一风电场、华能桥湾第二风电场、北方联合与协鑫桥湾第三风电场构成，三个风电场合计装机容量为600丽，升压后打捆接入玉门镇330kV变 敦煌 750kV变单回330kV线路中。甘肃省电力设计院完成了其接入系统设计报告和升压站可研报告及相关施工图设计等。其中，北方联合与协鑫桥湾第三风电场由两家业主合建，各承建100丽；为了便于资产划分，按照相同步骤选择北方联合与协鑫桥湾各新建一台120MVA主变；其余2个 200MW风电场均选择MOMVA主变。桥湾三个风电场2011年初已经全部投运。
权利要求
1.一种大型风电场升压变压器设计方法，包括风机发出的风电经箱式升压变升至 35kV电压等级，其特征在于通过35kV /330kV升压变压器将电压由35kV直接升至330kV送入主电网；具体包括下述步骤A.确定大型风电场装机容量与打捆原则确定大型风电场的单个风电场装机容量为200MW左右，将每三个风电场打捆送出，即每三个风电场装机打捆送出容量共计600MW左右；B.选择大型风电场升压变压器容量确定装机容量为200MW的风电场，升压变电器的容量为MOMVA ；将单个大型风电场的风电经过十一至十二回35kV箱变汇集线路输送到升压变压器的 35kV汇集母线；C.选择大型风电场升压变压器电压等级同一区域大型风电场采用35/330kV —次升压方式，直接汇入330kV主网络；D.设计大型风电场升压变压器主抽头额定电压大型风电场升压变压器主抽头额定电压为345士8X1. 25%/35kV ；E.风电场箱式变压器的形式单个风电场升压变压器采用YN/dll接线方式；各个箱式升压变压器接线组别采用D/ ynll接线方式。
2.一种大型风电场升压变压器系统，包括35kV箱式变压器汇集线路，每回35kV箱变汇集线路并接十一至十二条35kV汇集电缆，每条35kV汇集电缆连接一个0. 69kV/35kV箱式升压变压器，每个0. 69kV/35kV箱式升压变压器低压侧经低压电缆连接一台风电电压为 0. 69kV的风机；每回35kV箱变汇集线路并接入35kV汇集母线，其特征在于35kV箱变汇集线路是十二至十四回；35kV汇集母线连接至35kV/330kV升压变压器低压侧，35kV/330kV 升压变压器高压侧经过330kV汇集母线与330kV送出线路连接。
3.如权利要求2所述的一种大型风电场升压变压器系统，其特征在于所述大型风电场升压变压器系统包括三台或四台35kV/330kV升压变压器，三台或四台35kV/330kV升压变压器并接于330kV汇集母线，330kV汇集母线与330kV送出线路连接。
4.如权利要求2或3所述的一种大型风电场升压变压器系统，其特征在于 35kV/330kV升压变压器的主抽头额定电压设计为345士8 X 1. 25%/35kV。
全文摘要
大型风电场升压变压器设计方法与系统。方法包括风机发出的风电经箱式升压变升至35kV电压等级，通过35kV/330kV升压变压器将电压由35kV直接升至330kV送入主电网；具体包括下述步骤A.确定大型风电场的单个风电场装机容量为200MW左右，将每三个风电场打捆送出，即每三个风电场装机打捆送出容量共计600MW左右；B.确定装机容量为200MW的风电场，升压变电器的容量为240MVA；将单个大型风电场的风电经过十二至十四回35kV箱变汇集线路输送到升压变压器的35kV汇集母线；C.同一区域大型风电场采用35/330kV一次升压方式，直接汇入330kV主网络。它通过一级电压变换实现风电上网，降低变电损耗，增加发电效益。
文档编号H02J3/38GK102290830SQ20111023924
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者王利平, 王辉君, 程明, 郑海涛 申请人:甘肃省电力设计院