风电场的设计知识44页PPT

，降低投资成本。
可维护性原则
简化系统结构，提高设 备可维护性，方便后期
运营和维护。
主要电气设备选型依据
风电机组特性
根据风电机组的功率、电压等级、控 制方式等特性，选择匹配的电气设备 。
电网接入要求
遵循电网公司的接入标准和要求，选 用符合规定的电气设备和材料。
环境条件
考虑风电场所在地的气候条件、海拔 高度、污秽等级等环境因素，选择适 应性强的电气设备。
方案二
分布式电气系统设计方案。采用分布式的变压器 、开关柜等设备，实现风电场的分布式供电和控 制。该方案具有运行灵活、可靠性高等优点，但 投资成本相对较高。
方案比较与选择
根据风电场的实际情况和需求，综合考虑技术、 经济、环境等多方面因素，对以上三种方案进行 比较和选择。最终确定符合风电场实际情况和需 求的最佳电气系统设计方案。
针对可能发生的火灾事故，制定相应 的应急预案，并定期进行演练，提高
员工的应急处置能力。
消防设施建设
按照规范要求配置消防设施，如灭火 器、消防栓、烟雾探测器等，确保火 灾发生时能够及时扑救。
消防安全培训与宣传
加强员工的消防安全培训和宣传，提 高员工的消防安全意识和自防自救能 力。
2023 WORK SUMMARY
接地系统建设
建立完善的接地系统，确保接地电阻符合规范要 求，提高设备的防雷接地能力。
定期检查与维护
定期对防雷接地设备进行检查和维护，确保其性 能良好，有效预防雷击事故。
消防安全管理规定执行
消防安全责任制
明确各级人员的消防安全职责，建立消 防安全责任制，确保各项消防安全措施
得到有效执行。
应急预案制定与演练
原因分析
故障原因可能涉及设备老化、设计缺 陷、运行环境恶劣、人为操作失误等 。

一风力发电机组的分类二风力发电机组的功能原理三风力发电机组的理论基础风力发电机组设计风区分类课程目录2021一风力发电机组的分类风力发电系统的分类风轮轴向垂直轴水平轴2021一风力发电机组的分类风力发电系统的分类叶片数量2021一风力发电机组的分类风力发电系统的分类按功率调节方式定桨距风机
课程目录
一 、风力发电机组的分类 二 、风力发电机组的功能原理 三 、风力发电机组的理论基础 四 、风力发电机组的空气动力基础知识 五、 风力发电机组设计风区分类
运动旋转方向u R 2Rn
dL气流升力
dL
1 2
Cl
w2dS
dD
1 2
Cd
w2dS
dF气流W产生的气动力
轴向推力dFa=dLcosI+dDsinI 旋转力矩dT=r(dLsinI-dDcosI) 驱动功率dPw=ωdT
风输入的总气动功率P=vΣFa 旋转轴得到的功率Pu=Tω 风轮效率η=Pu/P
DC AC
Converter
(c) 永磁直驱同步发电机组
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Grid Filter
Filter
Grid
二、风力发电机组的功能原理
风力发电机组的功能原理：
基本功能原理是风能转换 成电能，这需要两个阶段来 完成。
风能→机械能→电能
风力发电机组 变电站（升压站） 变压器
110 - 220 kV
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三、风力发电机组的理论基础
功率P可表示成风轮获得的总转矩M和风轮角速度
的乘积，由＝V ，得
R
Cp (, )
0.5
0.4
3
C p
2M SV 2R
C p max
0.3 0.2

• 3、风电场应综合考虑各种发电出力水平和接入系统各种运行工 况下的稳态、 暂态、 动态过程， 配置足够的动态无功补偿容 量，且动态调节的响应时间不大于 30ms。 风电场应确保场 内无功补偿装置的动态部分自动调节， 确保电容器、 电抗器支 路在紧急情况下能被快速正确投切。
• 4、风电机组低电压穿越能力缺失是当前风电大规模脱网故障频 发的主要原因。为防止类似故障再次发生， 各单位要督促网内 风力发电企业对风电机组低电压穿越性能进行改造、 调试， 并 通过国家有关部门授权的有资质的检测机构按《风电机组并网检 测管理暂行办法》（国能新能〔2010〕433 号） 要求进行的检 测验证。
• 5、张家口地区负荷峰谷差较大，宜采取逆调压原则，因此合 理的电压控制包括两个方面：一方面是在负荷高峰时保持电压 在电压曲线的上限运行，保持中枢点的电压在最大负荷时比线 路额定电压高5％；另一方面在负荷低谷时（后夜），电压下 降至线路的额定电压，严防母线电压过高（向系统反送无功） 。另外，在系统检修或发生N－1故障时，根据调度指令，维持 各站母线电压在电压曲线上限运行。
• 风电场值班人员名单应上报所属调度机构备案，人员变更后应及时重新 上报。上述人员严重违反调度纪律或发生误操作事故时，区调有权取消 其上岗资格。
• 风电场必须安排值班人员24小时昼夜值班。
三、调度范围的划分（见下图）
四、无功电压管理
• 1、无功电压的调整原则：《电力系统电压和无功电力技 术导则》及《电力系统电压质量和无功电力管理规定》中 规定，无功补偿应按照分层分区和就地平衡的原则。
运行值班员应密切监视电力设备及线路的负荷情况，负荷电流不得超 过最小载流元件的最大允许负荷电流，否则报告值班调度员采取措施。
调度规程
无论是区调调度或区调管理的电气设备发生事故及异常时，均应及时向 区调值班调度员汇报。

3、叶素上的受力分析 • 在W的作用下，叶素受到一个气动合力元dR，可分解为平行于W的阻力元dD和垂直于
W的升力元dL。 • 另一方面，dR还可分解为推力元dF和扭矩元dT，由几何关系可得：
dF＝dLcos + dDsin dT＝r(dLsin - dD cos )
• 由于可利用阻力系数CD和升力系数Cl 分别求得dD和dL: 2 dL = 1/2 CLW C dr 2 dD = 1/2 CD W C dr 故dF和dT可求。
• 安装角：桨叶剖面上的翼 弦线与旋转平面的夹角， 又称桨距角，记为。
• 半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋线的螺距。 可以从几个方面来理解：
—几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。 —此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。 —该几何螺旋线
与r处翼剖面 的弦线相切。 —桨距值： H=2r tg r
—气动力矩：合力R对（除自己的作用点外）其它点的力矩，记为M。又称扭转力矩。
• 为方便使用，通常用无量刚数值表示翼剖面的气动特性，故定义几个气动力系数： 2 升力系数： CL=L / (1/2 V C) 2 阻力系数： CD=D / (1/2 V C) 22 气动力矩系数： CM=M / (1/2 V C )
—厚度分布：沿着翼弦方向的厚度变化。 • 弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。
—弯度分布：沿着翼弦方向的弯度变化。
2、作用在翼型上的气动力
重要概念：攻角 气流速度与翼弦间所夹的角度，记做，又称迎角。 M
V C
L
R
• 由于机翼上下表面所受的压力差，实际上存在着一个指向上翼面的合力，记为R。
—阻力与升力：R在风速方向的投影称为阻力，记为D；而在垂直于风速方向上的投影称 为升力，记为L。

变压器设计
总结词
变压器设计是风电场电气设计的关键环节，需要考虑变压器 的容量、电压等级、冷却方式等因素。
详细描述
变压器设计需要根据风电场的实际情况，选择合适的容量和 电压等级，确定合理的冷却方式和安装位置，以保证变压器 能够安全、可靠地运行。同时，还需要考虑变压器的经济性 、环保性和可维护性。
控制系统设计
总结词
控制系统设计是风电场电气设计的关键环节，需要考虑控制系统的功能、结构、安全性 和可靠性等因素。
详细描述
控制系统设计需要基于风电场的实际情况，选择合适的控制系统结构和功能模块，保证 控制系统的安全性和可靠性。同时，还需要考虑控制系统的经济性、环保性和可扩展性 。控制系统设计需要充分考虑风电场的实际情况，包括风能资源的分布、风电机组的类
风能稳定性分析
分析风电场所在地的风速年变化、 季变化以及日变化情况，以确保风 电场的稳定运行。
风能品质判断
评估风电场所在地的风能品质，包 括风速波动、湍流强度等，以确定 其对风电机组发电效率的影响。
风电场选址
地理位置选择
气象条件考虑
根据风能资源评估结果，选择具有较 好风能资源的地区作为风电场的建设 地点。
型和数量、场地的地形和气候条件等。
04
风电场建设与运营
建设阶段管理
规划与选址
根据风能资源分布、地形地貌、电网条件等因素，进行风电场规划 与选址，确保风电场建设的可行性和合理性。
设计与施工
进行风电场工程设计，包括风电机组选型、基础设计、升压站设计 等，并组织施工队伍进行施工建设，确保工程质量和进度。
国际风电场案例
案例二
美国丹麦合作风电项目
介绍
美国和丹麦在风电领域有着长期的合作和交流，共同开发 和推广先进的风电技术。

地面粗糙度影响 由于地面粗糙度的不同，对气流产生的摩擦粘性力也 不同，在近地层中风随高度的变化速度也将不同，反映在 低层的风速廓线有很大不同。在粗糙下垫面上空的风随高 度逐渐达到梯度风速的距地面高度要比光滑下垫面达到梯 度风速的高度大得多，表现在风随高度变化的幂将数α 粗 糙地面比光滑下垫面要大。 此外，粗糙下垫面上空风的湍流度也比光滑下垫面上 空风的湍流度大，对风机的运作带来不好的影响。
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５、风电场的特性
风资源丰富的判别标准
风资源是评估风电场好差的标准 国际和国内风电场评估标准(GB/T 18710-2019)
风电场 等级
1 2 3 4 5 6 7
10m
风功率密度 年平均风速 (m/s)
50m
风功率密度 年平均风速 (m/s)
并网风发电
<100 100~150 150~200 200~250 250~300 300~400 400~500


此式通称为指数公式。α 为风速随高度变化系数；u为
高度Z上的风速。
风速垂直变化取决于α 值。 α 值的大小反映风速随高
度增加的快慢， α 值大，表示风速随高度增加的快，即风速
梯度大； α 值小，表示风速随高度增加的慢，即风速梯度小。
α 值的变化与地面粗糙度有关。
15
1.2 风的特性
地貌、地形对风特性的影响
8
局地环流 山谷风 在山区，由热力原因引起的白天 由谷地吹向山坡、夜间由山坡吹向谷 地的风。前者称为谷风，后者称为山 风。日出后，山坡增热较快，温度高 于山谷上方同高度的空气温度，水平 温度梯度由山坡指向谷中，坡地上的 暧空气不断上升，并从山坡流向谷地 上方，谷底的空气则沿山坡向上补充 流失的空气，故在山坡和山谷间产生 热力环流，这时由山谷吹向山坡的风， 称为谷风。

2021/3/7
CHENLI
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中国风能资源丰富
国家气象局依据分布在中国各地10米高气象测风仪 数据统计：
－陆地约有 2.53亿千瓦 年电量 5000亿 千瓦时
– 海上初步估计可开发约 7.5亿 千瓦
– 合计约 10亿 千瓦 （2004年全国电力总装机 4.4亿 千瓦）
2021/3/7 其中内蒙和新疆 占中国C风HE资NLI源的约70－80％
2021/3/7
功率（KWH）
800 700 600 500 400 300 200 100
0
CHENLI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 风速（m/s）
GOLDWIND
38
1200KW风机
•无齿轮、直驱、永磁发电机 •结构简单紧凑，可靠性高 •机械传动损耗减少 •电机效率高运行范围宽 •无需励磁，无碳刷滑环 •发电品质高，无需进行无功补偿
CHENLI
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风机制造业
Repower 2MW 风机
2021/3/7
CHENLI
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金风产品介绍
Φ43
❖ “金风S43/600”含义：
m
▪ 金风（goldwind) －公司品牌
▪ S－stall ，即失速控制
▪ 43－叶轮的直径为 43m
▪ 600－发电机的额定功率为600kw
❖ 采用丹麦设计概念：
▪ 以煤为主，缺乏石油、天然气资 源，水能较丰富
▪ 人均能源资源量低于世界平均水 平
单位：年
2021/3/7
CHENLI
9
能源价格对比
2021/3/7

外观特点： 机舱臃肿
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（四）控制系统主要功能
1）按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风力 发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人电网。
2）借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数及 状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电机转 速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、电压、 电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的油压等。
传动比和发电机极对数决定； 3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行； 4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启
动电流，其配置启动装置。 5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。
结构简单，控制方便。25
2、双馈式异步风力发电机组
技术特点： 1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，
需要齿轮箱增速； 2、转子绕组通过电滑环或采用绕线结构
Hale Waihona Puke 因此，为实现最大风能捕获，风力机有三种典型 的运行状态：① 低风速段实行变速运行，可保持 一个恒定的风能利用系数Cp值，根据风速变化控 制风力机转速，使叶尖速比λ不变，直到转速达到 极限；② 转速达到极限后，风速进一步加大时， 按恒定转速控制风力机运行，直到输出最大功率， 此时的风能Cp不一定是最大值；③ 超过额定风速 时，输出功率达到极限，按恒功率输出调节风力 机。
风力发电机组
风能利用率；
2、采用全功率电力电子设备，价格稍贵；
2、输出电流可控，无需启动装置； 3、有励磁功率损耗；
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3、可以吸收或发出无功
4、结构复杂，控制系统复杂；
双馈、永磁和直流励磁 风力发电机外观图
双馈风力发电机直驱永磁风力发电机 直流励磁风 外观特点：机舱细外长观特点：机舱短粗 力发电机

风力机的主要技术指标参数
① 风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大； ② 叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，低速风力机大干4片； ③ 叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料； ④ 风能利用系数，一般为0.15—0.5之间；
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⑤ 启动风速，一般为3—5m/s; ⑥ 停机风速，通常为15—35m／s; ⑦ 输出功率，现代风力机一般为几百
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1-2 风力发电设备
一、组成：风力发电机组包括两大部分；
➢ 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； ➢ 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。
二、分类： 1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴式或垂直轴式。 2）从塔架位置上，分为上风式和下风式；
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直至MW级以上的风力发电机组按一定的阵列布局方式成群安装而组成的风力发电 机群体．称为风力发电场，简称风电场。 • 风力发电场属于大规模利用风能的方式，其发出的电能全部经变电设备送往大电网。
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二、风力发电场的风力发电机组排布
• 作用：合理地选择机组的排列方式，以减少机组之间的相互影响，风电场内 风力发电机组的排列应以风电场内可获得最大的发电量来考虑。
• 转子转速固定，风能利用率低，其转 速由齿轮箱传动比和发电机极对数决 定； • 转子电流产生的旋转磁场的转速高于 同步速运行； • 发电机定子直接与电网连接，启动时 产生很大启动电流，其配置启动装置。 • 从系统吸收大量无功，需配置无功补 偿装置。 • 结构简单，控制方便。
二、并网运行方式
作用：采用风力发电机与电网连接， 由电网输送电能的方式，是克服风的 随机性而带来的蓄能问题的最稳妥易 行的运行方式，同时可达到节约矿物 燃料的目的。