风电场中的电气设备选择探析
一、风电场电气设备的概述
风电场的电气系统由一次系统和二次系统组成。电气一次系统用于电能的生产、变换、分配、传输和消耗，对一次系统进行测量、监视、控制和保护的系统称为电气二次系统。
风电场电气一次系统和电气二次系统是由具体的电气设备构成的。构成电气一次系统的电气设备称为一次设备，构成电气二次系统的电气设备称为电气二次设备。一次设备是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送、分配电能的电气设备，包括风力发电机组、变压器、开关设备、母线、电抗、电容、互感器、电力电缆和输电线路等。二次设备通过CT、PT同一次设备取得电的联系，是对一次设备的工作进行监测、控制、调节和保护的电气设备，包括测量仪表、控制及信号器具、继电保护和自动装置等。
二.风电场的电气设备选择
电气设备是在电力系统中对发电机、变压器、电力线路、断路器等设备的统称，各种不同型号的电气设备组合起来，推动了电力系统运行效率的提升。
选择电气设备时，必须根据选定的接入电力系统方式和电气主接线方案，计算短路电流并根据短路电流选择，主要电力设备包括：箱式变压器、无功补偿装置、35kV配电装置、主变压器、110/220kV高压配电装置等设备。
箱式变有欧式变与美式变之分。欧式变占地面积大，造价略高，但维护检修方便，美式变占地面积小，造价低，维护检修较复杂，选用时可根据实际情况选择。选择箱变容量时需考虑风机过负荷发电的情况，一般1500kW风力发电机选用1600kVA变压器即可满足要求。
目前风电场升压站无功补偿装置常见有SVC和SVG两种。SVC占地面积较大，但目前技术已经十分成熟，价格也较低。从原理上来说，SVG性能更好，且占地面积小，但目前国内技术尚不成熟，只有几家企业可以生产，关键部件需要进口，生产周期较长，价格远超同等容量SVC（以10Mvar无功补偿装置为例，SVG报价280万，MCR-SVC报价160万，TCR-SVC报价180万）。常规情况50MW风电场需配置10Mvar容量的无功补偿，电网有更高要求时按满足电网要求配置。 35kV配电装置一般选用户内固定式金属封闭开关，技术较为成熟。主变一般为三相双绕组油浸式有载调压变压器，变压器油型号、冷却方式等应根据当地气象条件确定。选择主变容量时，考虑风力发电场负荷率较低的实际情况以及风力发电机组的功率因数在1左右，可以选择等于风电场发电容量的主变压器。有载调压开关是主变的重要组成部分，进口有载调压开关性能较好，但价格比国产贵近40%，实际选择时应根据性价比选择。
第三章 电力系统的一次设备
本章讲述了开关电器中电弧产生的原因和熄灭电弧的方法；介绍了高压断路器、高压隔离开关、熔断器、负荷开关、互感器、电抗器等电力系统一次设备的结构和工作原理，并列举了一些常用的开关设备；最后简单介绍了一些低压开关电器。
第一节 概述
发电厂和变电所的电气设备根据它们的功能分为一次设备和二次设备。
变配电所中担负输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或一次回路，亦称主电路。一次电路中所有的电器设备，称为一次设备或一次元件。例如电力变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器等。
凡用来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次电路。二次电路中的所有电气设备称为二次设备或二次元件。一、二次电路通过互感器联接，通常二次电路接在互感器的二次侧。例如电流表、电压表、继电器等。
第二节 开关电器中电弧的产生与熄灭
当开关电器断开通有电流的电路时，在动、静触头的间隙中就会出现电弧，如图3-1所示。对于220V的低压刀开关，当开断不大的负荷电流时，就可见到电弧；在高压电路中开断大电流时，会产生极强烈的电弧。在电弧燃烧期间，虽然触头已分开，但电路中的电流仍以电弧的方式维持着，电路并未真正的断开，只有电弧熄灭后，电路才算真正被切断。
图3-1电弧示意图
电弧是介质被击穿的放电现象，是触头间中性质点被游离的结果。
一、电弧的产生
1.强电场发射
加有电压的开关电器触头在开始分离时，触头间的距离很小，触头间会形成很强的电场强度。当电场强度E超过3×106V/m以上时，在强电场作用下，阴极触头表面的自由电子就会被拉出，在电场的作用下向正极发射，形成强电场发射。
2.热电子发射
触头是由金属材料制成的，在常温下，金属内部就存在大量的自由电子，当开关电器动静触头开始分离时，由于动静触头间的接触压力不断降低，接触面积减少，使接触电阻迅速增加，当触头分离到最后时，只剩下几点还接触，电流流过使这些接触点处的温度急剧升高，阴极表面自由电子在获得足够的热能后从阴极表面向四周发射，形成热电子发射。
风电场电气一次部分的无功补偿技术
摘要：风能是重要的清洁能源，属于可持续利用能源，但是风力发电过程中存在间接性以及不稳定性，尤其是风电场并网的时候很有可能出现突发状况，导致电能质量下降。因此，在风力发电过程中，必须要加强对风电场无功补偿技术的应用。风电场无功补偿技术是目前风电场生产运行过程中的重要技术，可以对风电场的电压波动现象进行改善，同时，还能提高风电场的母线电压、发电机的稳定性，为风电场并网提供坚实基础。
关键词：风电场；风力发电；电气一次部分
一、风电场无功电压自动控制系统设计
1.1无功补偿技术的类型
1.1.1同步调相机
由于变压器和异步电动机是主要的电力系统负载，因此这些设备也是最主要的无功功率的吸收部分，而同步调相机就是利用同步电机在过励磁状态时对超前电流的吸收来改善电网质量的。但是由于机械类设备因此需要的功率较大，而且转速后期维护费用较高。
1.1.2固定投切电容器
电力电容器结构简单、运行可靠，也是电力系统中的重要组成部分，通过机械设备的投切、分接头转换可以稳定电压。随着风力发电技术的不断应用，风力发电厂越来越多，发电规模也越来越大，生产耗能升高，机械投切的弊端也开始逐渐显现出来，即调节速度变慢，甚至还可能出现调节失灵。
1.1.3静止无功补偿
静止无功补偿简称SVC，是目前应用较为广泛的技术。可以实现无功功率的连续控制，能够通过发出或者吸收无功功率来实现动态补偿，目前已经在石油化工、冶金、风电等得到了广泛的应用，有着很大的技术发展潜力。SVC控制系统最大的特点是利用的瞬时无功理论的算法，快速的实现了无功补偿的计算，让后将脉冲形成电路的触发脉冲经过电光转换传递到脉冲功率单元，通过调节晶夹管导通角的大小来实现无功输出容量的控制，可靠性以及抗干扰性非常强。
1.1.4静止同步补偿器
静止同步补偿器技术的基本原理是将补偿装置并联到电网中，可以理解为在电路中绑定一个根据电网的负荷情况来控制电流大小的无功电源，从而对电气系统的无功补偿进行自动控制。静止同步补偿技术的安全性和稳定性较高，而且还能实现连续和动态控制。
一、风电场的组成及基本原理 ............................... 1
二、风电集电线路 ......................................... 8
三、风电场选址 .......................................... 12
四、风速仪 .............................................. 14
五、风能资源参数的计算 .................................. 161
一、风电场的组成及基本原理
风电场是指将风能捕获、转换成电能并通过输电线路送入电网的 场所，由四部分构成：
1、风力发电机组
风力发电机是风电场的发电装置，其工作原理是风轮把风作用 在桨叶上的力转化为自身的转速和扭矩，通过主轴一一增速箱一一联 轴器一一高速轴把扭矩和转速传递到发电机，实现风能一机械能一电 能的转换。
风力发电机由传动系统、偏航系统、刹车系统、支承系统、冷却 润滑系统、电控系统等六个系统组成。
1.1 传动系统
传动系统由桨叶、轮毂、主轴、轴承、轴承座、胀套、齿轮箱、 联轴器、发电机组成。传动系统主要作用有三个：1、把风能转化成 旋转机械能；2、传递扭矩，并增速达到发电机的同步转速；3、将旋 转机械能转化成电能。 2
1.2 偏航系统
偏航系统的作用是与控制系统相互配合，使机组风轮始终处于迎 风状态，充分利用风能，提高机组的发电效率。提供必要的锁紧力矩, 以保障风机的安全运行。
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回转支承内圈
刹车系统能使风力发电机组在发生故障或紧急情况下，能快速、 平稳的制动停机。在运行情况下使机组保持稳定，不被侧风或绕流影 响。刹车机构由三部分组成：叶片刹车（小叶片或变桨）、风轮刹车 （低速、高速制动装置）、偏航刹车（盘式制动器）
1.4 支承系统
支承系统包括塔架和基础两部分。
