风电场电气工程 第1章 风电场和电气部分的基本概念
风电场的构成
风电场的构成1.风电场的概念风电场是在风能资源良好的地域范围内，统一经营管理的由所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施和运行维护人员等共同组成的集合体，是将多台风力发电机组按照一定的规则排成阵列，组成风力发电机组群，将捕获的风能转化成电能，并通过输电线路送入电网的场所。
自20世纪70年代以来，随着世界性能源危机和环境污染日趋严重，风电的大规模发展便指日可待，德国、丹麦、西班牙、英国、荷兰等国在风力发电技术研究和应用上投入了大规模的人力及资金，研制出了高效、可靠的风力发电机。
风电场是大规模利用风能的有效方式，20世纪80年代初兴起于美国的加利福尼亚州，如今在世界范围内得到蓬勃发展。
2015年，世界风能协会在上海发布了全球风电发展报告。
该报告详细阐述了2014年的风电发展情况，并预测了未来5年内的全球风电发展。
截至2014年年底，全球风电新增装机容量达52.52GW，全球风电机组累计装机容量达371.34GW。
全球风电年发电量达到7500亿kW·h/a，风电占全球电力需求比例为3.4%。
风电利用比例高的国家有丹麦、西班牙、葡萄牙、爱尔兰、德国、乌拉圭。
表1-1为全球风电装机在各地区的分布，在中国的引领下，亚洲的新增风电装机容量连续多年超过欧洲和北美洲。
到2014年年底，亚洲的累计风电装机容量也首次超过了欧洲，位居世界第一位。
这说明全球风电产业的重心已经从欧洲移到了亚洲。
表1-1 全球风电装机在各地区的分布截至2014年年底，风电累计装机容量排行前10位的国家的累计装机容量都超过了500万kW，其装机容量占全球累计总装机容量的85.8%。
全球累计装机容量排名前10的国家见表1-2。
表1-2 全球累计装机容量排名前10的国家目前，风电场分布遍及全球，最大规模的风电场可达千万千瓦级，如我国甘肃酒泉的特大型风电项目，酒泉千万千瓦级风电场如图1-1所示。
图1-1 酒泉千万千瓦级风电场近年来，近海风能资源的开发进一步加快了大容量风力发电机组的发展。
风电场电气部分的构成和主接线方式
适用范围： 电源数目少、容量小
出线 隔离开关
6~10 KV：进出线回路≤ 5 35~63 KV：进出线回路≤ 3 110~220 KV:进出线回路≤ 2
风电配置： 风电35KV侧
WL1 WL2 WL3 WL4
第2章：风电场电气部分的构成和主接线方式
风电场电气系统
第2章：风电场电气部分的构成和主接线方式
禁止带负荷拉、合隔离开关 停送电操作顺序
隔离开关可以分合无电流（小电流）回路
第2章：风电场电气部分的构成和主接线方式
风电场电气系统
二、风电场电气主接线及设计要求
2、对电气主接线的要求
（1）运行的可靠性
断路器检修 母线检修
（2）具有一定的灵活性
调度时 检修时
（3）操作应尽可能简单 （4）经济上合理 （5）扩建方便
第2章：风电场电气部分的构成和主接线方式
风电场电气系统
五、风电场电气主接线典型设计
5、实例1
• 某风电场规划装机容量约为80MW，拟分两期开发，一期工程49.5MW，本二 期工程安装20台单机容量为1500kW风电机组，总装机容量为30MW。
• 一期工程已新建了1座110kV升压变电站，该升压站按2×50MVA规模设计， 为本期工程预留了1台50MVA主变压器的安装位置，本期工程不再另行新建升 压站。 • 升压站以1回110kV出线就近接入变电站，线路长度约10km。
2、风电机组的电气接线 （1）关于风电机组 （2）风电机组输出电压 （3）风电机组接线方式
0.69kV
第2章：风电场电气部分的构成和主接线方式
风电场电气系统
五、风电场电气主接线典型设计
3、集电环节及其接线
（1）集电环节的作用
《风电场电气部分》课件
风电场分类
01
02
03
陆上风电场
指在陆地上的风电场，一 般规模较大，风能资源丰 富。
海上风电场
指在海洋上的风电场，一 般规模较大，风能资源丰 富，但建设难度较大。
山地风电场
指在山地区域内的风电场 ，一般规模较小，风能资 源丰富，但建设难度较大 。
风电场发展历程
起步阶段
20世纪80年代初，我国开 始探索风电场建设，主要 集中在沿海地区。
升压站的运行管理对于保障风 电场的电力输出和电网稳定性 具有重要意义。
03
风电场电气系统运行
风力发电机组运行原理
风能转换
风力发电机组利用风能驱动涡轮 旋转，通过变速齿轮箱将动力传 递到发电机，从而将机械能转换
为电能。
发电原理
发电机通过电磁感应原理将机械能 转换为电能，产生的三相交流电通 过整流和逆变转换为直流电，供给 风电场的负荷。
定期检查集电线路的导线、绝缘子和杆塔等 部件，确保其正常运行。
集电线路检修
对集电线路进行全面的检查和维修，解决潜 在问题。
集电线路加固
对于存在安全隐患的集电线路，采取加固措 施，提高其稳定性。
集电线路更换
当集电线路的部件损坏或老化时，及时更换 。
升压站维护与检修
01
升压站维护
定期检查升压站的各设备，确保其 正常运行。
具有重要意义。
在风电场的建设和管理过程中，需要对集电线路进行 定期巡检和维护，以确保其正常运行。
集电线路是风电场中用于汇集和传输电能的线 路。
集电线路的设计需要考虑线路的电压等级、电流 大小、传输距离和环境条件等因素。
升压站
升压站是风电场中用于升高电 压和汇集电能的场所。
风电相关书籍
序号书名单价内容简介风力发电技术丛书--风力机设计、制造与运行￥58.00 本书是《风力发电技术丛书》的一个分册。
本书介绍了风和风能的基本知识及各种风能发电技术，详细介绍了风轮机设计、设计优化、风轮机动态分析和风轮机安全性设计及风轮机的数值模型和数值计算技术，风轮叶片和各主要部件轮毂、齿轮箱、变桨距、增速箱、发电机、机舱、塔架和基础的结构设计和制造技术，以及风力机的安装、调试、运行、维护、故障分析和故障诊断技术。
还简要介绍了几种新型的风力机，供有兴趣的读者参考。
本书是一本有关风能发电的技术参考书，适合从事风能发电产品设计、制造和风电场风力机运行的工程师、工程技术管理人员和设计院风电场工程设计参考使用，也适合高等院校热物理和动力专业师生作为教学参考书，对想了解风能发电的读者也是一本极好的科技读物。
目录第1章风和风电场的特性1.1 风和风的特性1.1.1 风的形成和分类1.1.2 风速与风向1.1.3 风速特性和风能“玫瑰”图1.1.4 环境对风速的影响1.2 风能和风能密度1.2.1 风能1.2.2 风能密度1.2.3 风能密度计算方法1.3 风电场特性和风电场设计原则1.3.1 风电场特性资料1.3.2 风电场设计原则1.4 风电场优化设计1.4.1 风力发电机组选型显示全部信息在线试读部分章节第1章风和风电场的特性风是由于太阳辐射不均匀加热地球表面造成的。
温度不均匀的地球表面使大气层空气温度不均匀，导致大气层中空气的压力分布不均匀。
空气在不均匀压力的作用下，沿水平方向运动就形成风。
空气流动所形成的动能称为风能，因此，风能本质上是太阳能的一种转化形式。
风速和风向是风特性的两个最重要参数。
“风向”是指风吹来的方向，从北方吹来的风称为北风。
实际的风速是随时间在不断变化的量，因此风速一般用瞬时风速和平均风速来描述。
瞬时风速是短时间发生的实际风速，也称有效风速。
平均风速是一段较长时间内瞬时风速的平均值。
新能源行业风能发电与储能技术方案
新能源行业风能发电与储能技术方案第一章风能发电技术概述 (2)1.1 风能发电原理 (2)1.2 风能发电的优点与局限 (3)第二章风能资源评估与开发 (3)2.1 风能资源分布 (3)2.2 风能资源评估方法 (4)2.3 风能项目开发流程 (4)第三章风力发电设备与技术 (5)3.1 风力发电机组类型 (5)3.2 风力发电机组关键部件 (5)3.3 风力发电技术发展趋势 (5)第四章风电场规划与设计 (6)4.1 风电场规划原则 (6)4.2 风电场设计方法 (6)4.3 风电场运行与维护 (6)第五章储能技术在风能发电中的应用 (7)5.1 储能技术概述 (7)5.2 储能技术的分类与特点 (7)5.3 储能技术在风电场的应用场景 (7)第六章储能系统设计与优化 (8)6.1 储能系统设计原则 (8)6.2 储能系统拓扑结构 (8)6.3 储能系统控制策略 (9)第七章储能系统关键设备与技术 (9)7.1 电池储能系统 (9)7.1.1 电池组 (9)7.1.2 电池管理系统（BMS） (9)7.1.3 能量管理系统（EMS） (10)7.2 飞轮储能系统 (10)7.2.1 飞轮 (10)7.2.2 电机/发电机 (10)7.2.3 控制系统 (10)7.3 超级电容器储能系统 (10)7.3.1 超级电容器 (10)7.3.2 控制系统 (10)7.3.3 能量管理系统（EMS） (11)第八章储能系统在风电场的集成 (11)8.1 集成方案设计 (11)8.2 集成系统运行与维护 (11)8.3 集成系统经济效益分析 (12)第九章风能发电与储能技术的政策与市场 (12)9.1 国际政策与市场概况 (13)9.1.1 国际政策环境 (13)9.1.2 国际市场概况 (13)9.2 我国政策与市场现状 (13)9.2.1 我国政策环境 (13)9.2.2 我国市场现状 (14)9.3 市场发展趋势与展望 (14)9.3.1 市场发展趋势 (14)9.3.2 市场展望 (14)第十章风能发电与储能技术的挑战与前景 (14)10.1 技术挑战 (14)10.1.1 风能资源的不稳定性 (14)10.1.2 储能技术的局限性 (15)10.1.3 风电设备的维护与运行成本 (15)10.1.4 环境与生态影响 (15)10.2 产业发展前景 (15)10.2.1 政策支持 (15)10.2.2 市场需求 (15)10.2.3 技术进步 (15)10.3 技术创新与突破方向 (15)10.3.1 风能资源预测与调度 (15)10.3.2 储能技术突破 (15)10.3.3 风电设备优化 (16)10.3.4 环保与生态保护 (16)第一章风能发电技术概述1.1 风能发电原理风能发电是利用风的动能，通过风力发电机将其转换为电能的一种技术。
风电工程电气设计PPT
风电工程电气设计的重要性
提高风电场效率和可靠性
保障人员和设备安全
合理的电气设计能够提高风电场的发 电效率和可靠性，确保风电场能够稳 定、连续地供电。
合理的电气设计能够保障风电场人员 和设备的安全，避免因电气故障或设 计不当引起的安全事故。
降低建设和运营成本
合理的电气设计能够优化风电场的布 局和设备选型，降低建设和运营成本， 提高经济效益。
04
风电工程电气设计中的 常见问题与解决方案
常见问题一：电气系统稳定性问题
总结词
电气系统稳定性问题在风电工程中较为常见，主要表现在电压波动、频率不稳 等方面。
详细描述
由于风电发电的特性，其输出功率受风速影响较大，导致电压和频率波动较大， 对电网的稳定性产生影响。此外，风电并网也会对电网的稳定性产生影响，如 谐波污染、电压波动等。
绿色环保理念
随着全球环境问题的日益严重， 风电工程电气设计越来越注重绿 色环保理念。通过优化设计，降 低风电工程对环境的影响，实现
可持续发展。
环保材料应用
采用环保材料和可再生资源，减 少对传统能源的依赖，降低碳排
放和环境污染。
环保监测与评估
建立环保监测与评估体系，对风 电工程的环保性能进行实时监测 和评估，确保风电工程的绿色环
详细描述
在电气设备选型时，应充分考虑风电机组的特性、电网条件、环境因素等多个方面，选 择性能优良、可靠性高的设备。同时，应注重设备的维护和保养，定期进行检查和维修，
确保设备的正常运行。
解决方案三：完善电气系统安全防护措施
要点一
总结词
要点二
详细描述
加强电气系统安全防护措施，提高其抵御自然灾害的能力 。
智能化监控系统
电气工程中的风力发电技术
电气工程中的风力发电技术随着对环境保护和可再生能源的重视，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，逐渐成为电力行业的热门话题。
本文将详细介绍电气工程中的风力发电技术，包括其原理、发展历程以及未来的发展前景。
一、风力发电技术的原理风力发电技术基于风能的转换，将风的动能转化为机械能，再经过发电机把机械能转化为电能。
其核心装置是风力发电机组，主要由风轮、发电机和控制系统组成。
当风通过风轮时，风轮会旋转，并通过主轴传动旋转的动能到发电机内部。
发电机接收到动能后，将其转化为电能，并通过电网输送到用户。
二、风力发电技术的发展历程风力发电技术可以追溯到古代东方和西方文明。
在古代，人们常常使用风车进行磨面粉、抽水或挖掘井等活动。
20世纪初，随着对传统石油和煤炭资源的过度开采和环境污染的增加，人们开始关注可再生能源，风力发电作为其中一种形式逐渐引起广泛的关注。
20世纪50年代，风力发电开始投入实际应用，并逐渐发展起来。
最初的风力发电机组采用直流发电机，功率较小。
随着科技的进步和工程经验的积累，风力发电技术得到了快速发展。
在20世纪末和21世纪初，风力发电进入了一个飞速发展的时期，不断刷新着风力发电机组的装机容量记录。
如今，风力发电已经成为全球可再生能源的主要形式之一。
三、风力发电技术的优势和挑战风力发电技术具有以下优势：1. 清洁能源：风力发电不会产生二氧化碳等有害气体，对环境污染较小，对气候变化具有积极作用。
2. 可再生性：风是一种永不枯竭的资源，可不断供给风力发电机组运转，具有良好的可再生性。
3. 区域适应性强：风力资源广泛分布于全球各地，特别是海洋风能和高海拔地区的风能潜力巨大。
然而，风力发电技术也面临一些挑战：1. 受限的风能：风力发电依赖风能资源的丰富度和稳定性，某些地区风能资源偏低或不稳定，影响着风力发电的发展潜力。
2. 土地占用和环境影响：风力发电场需要占据较大的土地面积，可能对景观和野生动植物造成影响，需在项目规划中进行综合考虑。
风电场电气系统(朱永强)第1章 电气系统1
风电场和电气部分的基本概念
§1.3 电气和电气部分
§1.3.2 电气部分的一般组成
包括风电场在内的各类发电厂站、实现电压等级变换和能量输 送的电网、消耗电能的各类设备（用户或负荷）共同构成了电 力系统，即用于生产、传输、变换、分配和消耗电能的系统。 电力系统各个环节的带电部分统称为其各自的电气部分。 发电厂和变电站是整个电力系统的基本生产单位。电气部分不 仅仅包括电能生产、变换的部分,还包括其自身消耗电能的部 分。以上用于能量生产、变换、分配、传输和消耗的部分称为 电气一次部分。 为了实现对厂站内设备的监测与控制，电气部分还包括所谓的 二次部分，即用于对本厂站内一次部分进行测量、监视、控制 和保护的部分。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
本课程主要内容
第7章介绍风电场的防雷和接地问题，首先说明雷电的形成机 理和雷电的危害，介绍雷电防护的一般方法；然后对接地的意 义和作用，尤其是对接触电压和跨步电压等重要概念进行具体 的说明，给出接地设计的一般要求；并全面介绍风电场发电机 组、集电线路和升压站的防雷保护措施，有助于大家了解风电 场电气设备安全方面的知识和解决办法，提高安全生产的意识。 第8章介绍风电场中的电力电子设备，在简述电力电子技术应 用和常见电力电子器件的基础上，阐述变流技术和PWM技术 的基本原理；重点介绍主流大型风电机组的并网换流器，包括 其电路结构和基本工作原理；最后简单介绍风电场的无功补偿 与电压控制需求，以及SVC和STATCOM等无功补偿设备。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
本课程主要内容
第3章详细介绍风电场中的各主要一次电气设备的结构和工作 原理，包括风电机组、变压器、断路器和隔离开关、母线和输 电线路、电抗器和电容器、电压互感器和电流互感器等，以及 变压器、断路器等重要一次设备的型式、参数，使大家对风电 场电气设备的原理、功能、结构、外观等有具体认知。 第4章介绍风电场一次电气设备选择的一般条件和技术条件， 以及热稳定校验、动稳定校验和环境校验方法，使大家了解和 掌握电气设备的型式、参数与其在风电场中运行环境的关系， 并且能对风电一次设备的选择进行初步分析和简单计算。
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及其 控制系统
能
用于实现该能量转换过程的成套设备称为风力发电机组。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
§1.1 风力发电概述
单台风力发电机组的发电能力是有限的，目前在内陆地区应用 的主流“大型”机组的额定功率不过1.5MW，海上风电机组的 平均单机容量在3 MW左右，最大已达6 MW。
风力发电机组输出的电能经由特定电力线路送给用户或接入电 网。 风力发电机组与电力用户或电网的联系是通过风电场中的电气 部分得以实现的。
开阔 可建容量在100~600 MW或更大的风 电场，例如我国的特许权风电项目。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
§1.3 电气和电气部分
§1.3.1 电气的基本概念
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
§1.1 风力发电概述
风力发电就是利用风力机获取风能并转化为机械能，再利用发 电机将风力机输出的机械能转化为电能输出的生产过程。 风力机有很多种类型，用于风力发电的发电机也呈现出多样性， 但是其基本能量转换过程都是一样的，如图：
风
风力机
机械能
发电机
电
能
及其 控制系统
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
§1.2 风电场的概念
应根据风向玫瑰图和风能玫瑰图确定风电场的主导风向，在平 坦、开阔的场址，要求主导向上机组间相隔5~9倍风轮直径， 在垂直于主导风向上要求机组间相隔3~5倍风轮直径。 按照这个规则，风电机组可以单排或多排布置。多排布置时应 成梅花形排列。 风电场是大规模利用风能的有效方式，二十世纪80年代初兴 起于美国加利福尼亚。 目前，风电场的分布几乎是遍布全球，风电场的数目已成千上 万，最大规模的风电场可上百万千瓦级。
第4章介绍风电场一次电气设备选择的一般条件和技术条件， 以及热稳定校验、动稳定校验和环境校验方法，使大家了解和 掌握电气设备的型式、参数与其在风电场中运行环境的关系， 并且能对风电一次设备的选择进行初步分析和简单计算。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
本课程主要内容
第5章介绍电气二次部分的含义和功能，以及电气二次系统的 主要设备及其原理，使大家了解风电场和升压变电站电气二 次系统的构成及电气二次系统的图形表示方法，并对我国目 前已普遍采用的变电站综合自动化技术有一定的认知。
第6章介绍风电场中配电装置的概念和表示方法，描述各种常 见配电装置的结构和作用，说明配电装置的设计要求及选型 和布置方法，介绍风电场发电机组的排列布置和升压变电站 电工建筑物的布置。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
本课程主要内容
第7章介绍风电场的防雷和接地问题，首先说明雷电的形成机 理和雷电的危害，介绍雷电防护的一般方法；然后对接地的意 义和作用，尤其是对接触电压和跨步电压等重要概念进行具体 的说明，给出接地设计的一般要求；并全面介绍风电场发电机 组、集电线路和升压站的防雷保护措施，有助于大家了解风电 场电气设备安全方面的知识和解决办法，提高安全生产的意识。
风电场和电气部分的基本概念
§1.1 风力发电概述
风是人类最常见的自然现象之一，风能资源的储量非常巨大， 一年之中风所产生的能量大约相当于20世纪90年代初全世界每 年所消耗的燃料的3000倍。 十九世纪末，风能开始被用于发电，据称始于丹麦，并且迅速 成为其最主要的应用领域之一。 风电技术是可再生能源技术中最成熟的一种能源技术。 风力发电由于环保清洁，无废弃物排放，施工周期短，利用历 史悠久，受到了各国的广泛重视和大力推广。 如今风力发电在世界范围内都获得了快速的发展，风力发电规 模及其在电力能源结构中的份额都增长很快。
《风电场电气系统》
风电场和电气部分的基本概念
本课程主要内容
本课程第1章介绍风电场与电气部分的基本概念和表示方法， 使分的特点和基本构成，在介绍电气主 接线的基本概念和设计原则的基础上，列举电气主接线的常见 形式，并重点说明风电场电气主接线的基本形式，使大家了解 风电场电气部分的整体布局和组成部分，掌握风电场电气接线 设计的基本思想和依据。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
§1.2 风电场的概念
风电场是在一定的地域范围内由同一单位经营管理的所有风力 发电机组及配套的输变电设备、建筑设施、运行维护人员等共 同组成的集合体。 选择风力资源良好的场地，根据地形条件和主风向，将多台风 力发电机组按照一定的规则排成阵列，组成风力发电机群，并 对电能进行收集和管理，统一送入电网，是建设风电场的基本 思想。
第8章介绍风电场中的电力电子设备，在简述电力电子技术应 用和常见电力电子器件的基础上，阐述变流技术和PWM技术 的基本原理；重点介绍主流大型风电机组的并网换流器，包括 其电路结构和基本工作原理；最后简单介绍风电场的无功补偿 与电压控制需求，以及SVC和STATCOM等无功补偿设备。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
第1章 风电场和电气部分的基本概念
关注的问题 风电场的基本概念，电气和电气部分的概念； 电气部分的一般组成有哪些？各部分的作用是什么？ 电气部分的图形表示法
教学目标 了解风电场的基本概念和风电场电气部分的含义， 初步理解和掌握电气部分的大致构成及表示方法， 尤其是重要电气设备及其图形符号。
风电场电气系统
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
本课程主要内容
第3章详细介绍风电场中的各主要一次电气设备的结构和工作 原理，包括风电机组、变压器、断路器和隔离开关、母线和输 电线路、电抗器和电容器、电压互感器和电流互感器等，以及 变压器、断路器等重要一次设备的型式、参数，使大家对风电 场电气设备的原理、功能、结构、外观等有具体认知。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
§1.2 风电场的概念
按照风电场的规模，风电场大致可以分为：小型、中型和大型 （特大型）风电场
风能资源 场地
说明
小型
较好
中型
较好
大型 （特大型）
丰富
较小 合适
可建几兆瓦容量的风电场，接入 35~66 kV及以下电压等级的电网。
可建几十兆瓦容量以下风电场，接 入110 kV及以下电网。