【正文】 國內(nèi)外風(fēng)能電場(chǎng)電氣論文目 錄摘 要 IABSTRACT II第一章 緒論 1 課題背景 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 本文的主要研究?jī)?nèi)容 2第二章 風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng) 3 電氣的基本概念 3 電氣部分的一般組成 3 風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的構(gòu)成 5第三章 風(fēng)電機(jī)矢量控制技術(shù)的基本知識(shí) 6 6 變速恒頻發(fā)電系統(tǒng) 7 8 9第四章 雙饋異步發(fā)電機(jī) 13 結(jié)構(gòu) 13 雙饋發(fā)電機(jī)變速恒頻運(yùn)行的基本原理 14 雙饋異步發(fā)電機(jī)的功率傳遞關(guān)系 16 雙饋式發(fā)電機(jī)控制 17 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng) 17 轉(zhuǎn)子變流器 18 PWM控制的基本原理及交—直—交變流器 18 系統(tǒng)的優(yōu)越性 19第五章 風(fēng)電機(jī)組有功無功特性的模擬與仿真 20 風(fēng)電機(jī)組的建模 20 風(fēng)模型 20 風(fēng)輪模型 20 變槳系統(tǒng)模型 20 發(fā)電機(jī)模型 21 變流器及其控制部分模型 21 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的模擬仿真 24第六章 基于Bladed的電氣仿真 25 Bladed軟件中對(duì)于電氣參數(shù)的設(shè)置 26 極端風(fēng)況下的出力特性分析 29 湍流風(fēng)況下的出力特性分析 30 極端風(fēng)況下的出力特性分析 33第七章 總結(jié) 41參考文獻(xiàn) 42致謝 43III華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論 課題背景風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，越來越多的國家開始重視這種清潔能源。金風(fēng)科技、華銳風(fēng)電、聯(lián)合動(dòng)力、明陽和東汽占據(jù)了中國風(fēng)電2011年新增裝機(jī)市場(chǎng)排名的前五名，其中國電聯(lián)合動(dòng)力達(dá)到了2847MW，較前一年增長(zhǎng)了73%，成為了2011年最受矚目的風(fēng)電企業(yè)[8]。在累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量方面，在中國市場(chǎng)排名前五的企業(yè)分別是東汽、維斯塔斯、華銳風(fēng)電、金風(fēng)科技和聯(lián)合動(dòng)力，華銳和金風(fēng)的裝機(jī)容量雖然在裝機(jī)容量上有所下降，但仍然占據(jù)了中國第一和第二的位置。據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，到2011年，中國大約有20家企業(yè)宣布進(jìn)入研制多兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的行列，功率的大多在36MW之間。2012年國內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)的發(fā)展一如既往的迅猛，新增裝機(jī)將在1518GW之間，甚至有望達(dá)到18GW左右。根據(jù)推算，截止到2015年，風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到100GW。分布式風(fēng)電的比重會(huì)有進(jìn)一步的提高，但仍然會(huì)以陸上風(fēng)電和規(guī)?；_發(fā)為主，其中分布式的比例最高可達(dá)到30%。隨著電網(wǎng)公司特高壓輸電線路、智能電網(wǎng)等基礎(chǔ)建設(shè)的提升，電網(wǎng)大范圍消納風(fēng)電能力和跨區(qū)域風(fēng)電輸送規(guī)模將增加，風(fēng)電并網(wǎng)率將進(jìn)一步改善[6]。風(fēng)電制造業(yè)企業(yè)進(jìn)入了高成本低利潤(rùn)的時(shí)代，這也意味著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力的提高，同時(shí)市場(chǎng)也更加成熟，當(dāng)然，風(fēng)電制造企業(yè)也將面臨著更大的市場(chǎng)考驗(yàn)。但于此同時(shí)，也提高了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)相對(duì)于傳統(tǒng)能源的競(jìng)爭(zhēng)力，風(fēng)電已經(jīng)成為了不可忽視的新生電源技術(shù),下一階段，繼續(xù)推進(jìn)電力體制市場(chǎng)化改革，協(xié)調(diào)好各方利益，落實(shí)節(jié)能調(diào)度管理辦法和可再生能源配額制將是重中之重[16]。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)BTM統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，年累計(jì)增速為25%，%，說明了全球市場(chǎng)的多元化正在逐步形成。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷增加，風(fēng)電行業(yè)也不斷面臨著新的問題和挑戰(zhàn)，風(fēng)能資源的間歇性，風(fēng)電場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境以及風(fēng)況的與多樣性對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)提出了更高的要求，這就需要我們對(duì)風(fēng)電機(jī)的電氣特性有更加深入的了解。其中風(fēng)電機(jī)的有功功率和無功功率的輸出是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要特性，其對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的切入與切出電網(wǎng)有著重要的影響。加拿大Manitoba HVDC Research Center公司開發(fā)的PSCAD/EMTDC軟件是國際上流行的暫態(tài)分析軟件包，對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程的研究主要依靠這款軟件，同時(shí)一般電氣電子線路的設(shè)計(jì)以及可等價(jià)地用電路來描述系統(tǒng)的仿真分析也可以依靠這款軟件，PSCAD（Power System Computer Aided Design）是圖形界面，EMTDC（Electro Magnetic Transients Including DC）是模擬計(jì)算程序，該軟件的最大優(yōu)點(diǎn)是直觀易用的界面和精確高效的模擬，也正因此，它得到了國內(nèi)外電力行業(yè)用戶的青睞。英國的GL Garrad Hassan(GH)公司是世界領(lǐng)先的風(fēng)能咨詢公司。它的業(yè)務(wù)也包括離岸風(fēng)電，海洋能和太陽能。GH公司有Andrew Garrad博士和Unsal Hassan博士在1984年創(chuàng)建并已經(jīng)在18個(gè)國家擁有750名雇員。公司已經(jīng)作為獨(dú)立工程師為21,000 MW的風(fēng)能項(xiàng)目并實(shí)施了超過80,000 MW的風(fēng)能評(píng)估。由GH公司開發(fā)的GH Bladed軟件為用戶提供了一個(gè)陸上、離岸風(fēng)機(jī)性能和負(fù)載的設(shè)計(jì)解決方案。軟件具有基于Windows的繪圖用戶界面和在線幫助功能，操作方便，同時(shí)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文將對(duì)Bladed軟件進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，了解和掌握該軟件的功能和特點(diǎn)并運(yùn)用軟件對(duì)風(fēng)電機(jī)的有功無功功率的輸出特性進(jìn)行深入的分析和研究。首先進(jìn)行PSCAD軟件的學(xué)習(xí)，通過軟件的學(xué)習(xí)，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行一定程度的了解并在軟件中進(jìn)行建模，其中包括風(fēng)模型的建模，風(fēng)輪模型的建模，風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型的建模，偏航系統(tǒng)的建模，變流器及其控制系統(tǒng)的建模，得出在不同風(fēng)況下的風(fēng)電機(jī)的有功無功功率輸出特性曲線。通過對(duì)Blded軟件的學(xué)習(xí)，了解熟悉Bladed的操作和使用，學(xué)會(huì)在Bladed軟件上設(shè)置風(fēng)電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)并能通過計(jì)算得出研究目標(biāo)的數(shù)據(jù)和曲線，得出在設(shè)定風(fēng)況如基本風(fēng)、漸變風(fēng)、陣風(fēng)等情況下風(fēng)電機(jī)的有功無功功率輸出特性。第二章 風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng) 電氣的基本概念20世紀(jì)初，“Electrical Engineering”作為外來名詞被引入我國，被翻譯為“電工程”，后為了符合漢語的口語習(xí)慣逐步衍化為“電氣工程”。而電氣的本意也即為電，也就是：帶電的、生產(chǎn)和使用的電能相關(guān)的。對(duì)于電氣部分可以泛泛地理解為：由所有帶電設(shè)備及其附屬設(shè)備所組成的全部。發(fā)電廠中一般意義上的電源就是發(fā)電機(jī)，它能夠?qū)⑵渌哪茉崔D(zhuǎn)化為電能，如煤炭、石油、水能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)?、潮汐等，也就是說那些無法由自然界直接獲取的資源，是一種二次能源，而那些存在于自然界可以直接利用的能源我們稱之為一次能源。發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的電能一般需要經(jīng)過變壓器的升壓，然后再送入所在的電網(wǎng)當(dāng)中，這是因?yàn)樵诠β什蛔儠r(shí)，電壓越高電流也就越小，也意味著更低的輸送損耗。電能由電網(wǎng)輸送到用戶所在地，經(jīng)降壓后分配給最終的用戶，如驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)、照明用的熒光燈、空調(diào)的壓縮機(jī)等。 電氣部分的一般組成發(fā)電廠和變電站是整個(gè)電力系統(tǒng)的兩個(gè)基本生產(chǎn)單位，發(fā)電廠的作用是生產(chǎn)電能，而變電站的作用則是將發(fā)電廠發(fā)出的電能變換后再分配給用戶。發(fā)電廠和變電站內(nèi)部的帶電部分就是我們所說的電氣部分。電氣部分不僅包括常規(guī)的電能生產(chǎn)和電能的變換部分，還包括它自身的電能消耗部分（即廠用電或所用電）。以上用于能量生產(chǎn)、變換、分配、傳輸和消耗的部分組成了電氣的一次部分。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，電氣部分還包括了二次部分，即對(duì)本廠站內(nèi)一次部分進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)視、控制和保護(hù)的部分。電氣的一次部分和二次部分都是由具體的電氣設(shè)備所構(gòu)成的，其中一次部分最為重要，它是由發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等實(shí)現(xiàn)電能生產(chǎn)和變換的設(shè)備，它們和載流導(dǎo)體（母線、線路）相連接實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的基本功能，即電能的生產(chǎn)、變換、分配、輸送和消耗。其中發(fā)電機(jī)用于電能生產(chǎn)，電動(dòng)機(jī)和其他用電設(shè)備用于電能的消耗（電能變換為其他能量形式），母線用于電能的匯集和分配，變壓器用于電能變換，線路則用于能量的輸送。 圖21 一次系統(tǒng)組成圖二次系統(tǒng)是傳遞信號(hào)的電路，通過電壓互感器和電流互感器將被測(cè)的一次設(shè)備和系統(tǒng)的高電壓和小電流變換為低電壓和小電流傳遞給測(cè)量和保護(hù)裝置，測(cè)量和保護(hù)裝置對(duì)所測(cè)得的電壓和電流進(jìn)行判別以監(jiān)視一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并記錄；以此為基礎(chǔ)，人員可以使用控制設(shè)備去分合相對(duì)的開關(guān)電器，如斷路器、隔離開關(guān)等；這樣的設(shè)計(jì)使得二次系統(tǒng)可以采用低功耗標(biāo)準(zhǔn)的小型設(shè)備來實(shí)現(xiàn)功能。特備需要注意的是，電壓互感器和電流互感器按作用來分可以認(rèn)為是二次設(shè)備，但其直接并聯(lián)和串聯(lián)于一次電路中，實(shí)際上是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的連接設(shè)備。在二次系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量、監(jiān)視、控制盒保護(hù)功能，還需要裝設(shè)必要的控制電器和信號(hào)設(shè)備。常見的控制電器有斷路器的控制開關(guān)。斷路器分合過程中有可能由于電弧未能熄滅而發(fā)生爆炸，因此斷路器的分合需要在遠(yuǎn)方操作，一般在變電站的主控制室內(nèi)由控制開關(guān)來操作斷路器的分合。圖22 二次系統(tǒng)組成圖 風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的構(gòu)成總體而言，風(fēng)電場(chǎng)的電氣部分也是由一次部分（系統(tǒng)）和二次部分（系統(tǒng)）共同組成，這一點(diǎn)和常規(guī)發(fā)電廠站是一樣的。風(fēng)電場(chǎng)電氣一次系統(tǒng)的基本構(gòu)成大致是風(fēng)機(jī)葉輪、傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、換流器、機(jī)組升壓變壓器、升壓變電站中的配電裝置、升壓變電站中的升壓變壓器、升壓變電站中的高壓配電裝置、架空線路等。根據(jù)在電能生產(chǎn)過程中的整體功能，風(fēng)電場(chǎng)的電氣一次系統(tǒng)我們可以把它分為四個(gè)主要部分：風(fēng)電機(jī)組、廠用點(diǎn)系統(tǒng)、集電系統(tǒng)及升壓變電站。集電系統(tǒng)可以將機(jī)組產(chǎn)生的電能分組收集起來，分組的原則是就近。一般用電纜線路把每組的輸出直接并聯(lián)起來，并匯集為一條10KV或35KV架空線路，然后輸送到升壓變電站。升壓變電站中主變壓器的功能是將匯集的電能再次提高。一定規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)一般可將電壓升高到110KV或220KV，并接入電力系統(tǒng)。對(duì)于規(guī)模更大的風(fēng)電場(chǎng)，還可能需要進(jìn)一步升高到550kV或更高。風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電