39560字硕士毕业论文风电场电气系统设计技术的研究与应用

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：39560字

论点：风电,风电场,方案

论文概述：

我国风电设计的现状相对比较混乱。风电场的很多设备及方案的设计都是按照传统的发输变电的方法和经验进行的，没有形成一套专门的针对风电场的标准，各地区各单位对于具体应该如何设计

论文正文：

第一章导言

1.1风电场设计背景
近年来，环境问题越来越引起全球关注，开发新能源的意识日益加深。世界上许多国家，特别是发达国家，已经充分认识到风力发电在调整能源结构和减轻环境污染方面的重要性，也非常重视风力发电的发展。在中国，风力发电近年来也发展迅速。风力发电已经成为一个新兴产业。国家也大力推进风力发电建设，制定了一系列支持和促进风力发电发展的政策。国内风电装机容量也在快速增长，全国各地的风电场建设也在不断规划和建设中。在这种情况下，风电场设计的工作量也在迅速增加。许多设计单位的风电场设计项目越来越多，一些设计院甚至设立了专门负责风电设计的新能源设计部门。许多以前没有接触过风力的设计师加入了风力设计团队。

1.2风电场设计技术研究的意义
中国正在大力推进风电建设，这是改善当前风电场设计技术混乱局面的契机。风电场设计水平的发展和提高对风电建设的进一步发展具有重要意义，主要表现在以下几个方面:(1)风电场的选址和风电机组的选址主要从风力资源的角度考虑，风电场接线方案和风电机组布置方案的研究可以为其提供参考因素。(2)为风机选型提供参考。(3)许多已经设计的风电场现在采用最直观的风力涡轮机分组和布线方案，但是在经济性和可靠性方面缺乏综合考虑。关于风机分组和接线的讨论为今后的设计提供了多种参考方案，有助于在设计中选择最佳方案。(4)为风电场无功补偿及接入系统的设计提供参考方案和意见。(5)对我国一些典型风电场项目的设计方法进行比较和讨论，总结包括上述意见在内的意见和建议，为今后风电场设计提供一些总结的经验和参考意见，促进未来风电设计理念和方案的统一，节省可行性研究阶段初步设计的时间和成本。

1.3风力发电设计的发展现状

1.3.1国外风力发电发展现状
过去30年来，国际上风力发电利用的理论和应用研究都取得了重大进展。风力发电技术日益进步。单个风力发电机的额定功率达到5MW，叶轮直径达到1.26亿米，欧洲风能协会(European Wind Energy Association)的最新评估数据显示，截至2008年底，欧洲风电装机容量约占全球风电总装机容量的70%，比2007年增长17%，提供了欧盟近3.2%的用电量。根据目前的趋势，到2019年，许多欧洲国家的风力发电将占其总发电量的10%以上。根据技术和能源发展的需要，2007年初，欧盟进一步修订了其风电发展计划和目标，要求到2010年风电装机容量达到8000万千瓦，是1997年设定目标的两倍，并提出到2020年风电装机容量达到1.8亿千瓦，发电量达到4300亿千瓦，分别占欧盟装机和发电量的20%和12%。到2030年，风电装机容量将达到3亿千瓦，发电量将达到7200亿千瓦，分别占欧盟装机容量和发电量的35%和20%。在不远的将来，风力发电将成为欧盟重要的替代能源。现在，德国风力发电设备制造业已经取代汽车制造业和造船业成为德国最大的钢铁用户。最近，德国制定了一项新的风力发电发展长期计划，规定到2025年风力发电至少占总使用量的25%，到20年占总使用量的50%。丹麦已成功利用风力来满足国内电力需求。法国过去一直倡导使用核能，现在也开始制定发展风力发电的长期计划。虽然风力发电设备的制造和理论研究在国际上取得了重大进展，主要是在欧洲和美国，但它们的风力发电设计也发展得相当成熟。他们已经形成了一套全面和非常详细的风力设计理论和规范，包括风力涡轮机等风力设备的制造和安装规范，以及风电场的连接规范。他们在风力发电工程设计方面也有丰富的经验。他们在设备制造和设计理论方面处于世界领先地位。

第二章风电场简介

2.1中国风力发电现状
中国风力发电始于2003年，2006年后发展迅速。从2006年到2008年，风电总量连续三年每年翻一番，年增长率超过100%，发展速度非常快。中国已经成为世界上风力发电发展最快的国家之一，这标志着中国进入了风力发电大规模发展的历史阶段。截至2008年年中，除台湾省外，中国已累计风力发电机1864台，装机容量126.6万千瓦，风力发电场62个。根据中国的发展规划目标，到2010年，中国风力发电装机容量将达到500万千瓦。到2020年，全国装机容量将达到3000万千瓦。中国“十一五”国家科技支撑计划重大项目“大功率风力发电机开发示范”支持1.5 ~ 2.5兆瓦及2.5兆瓦以上双馈变速恒频风力发电机的开发；开发1.5 ~ 2.5兆瓦及以上直驱变速恒频风力发电机组；1.5兆瓦以上风力发电机组用叶片、齿轮箱、双馈发电机和直驱永磁发电机的开发和产业化；1.5兆瓦以上双馈风力涡轮机控制系统和转换器、直接驱动风力涡轮机控制系统和转换器的开发和产业化；海上风电场建设关键技术研究:海上风电机组安装维护专用设备开发:大型风电机组相关标准制定、风电技术发展分析等16个课题研究。“十一五”末，中国风电技术自主研发能力将接近世界领先水平。国家制定的发展目标和一系列激励政策明确了发展方向，增强了风电企业的信心。

第三章风电场接入方案.........16-28
3.1概述.........16
3.2风力涡轮机增压方案.........16-19
3.3风电场升压站方案.........19-20
3.4 10 kV/35 kV集电极电路方案.........20-21 [/BR/] 3.5风扇分组和连接方案.........21-27 [/BR/] 3.5.1方案说明.........21-23
3.5.2示例说明.........23-24
3.5.3方案比较分析.........24-27
3.6本章摘要.........27-28
第四章风电场无功补偿设计.........28-39
4.1概述.........28-29
4.2风电场电压稳定性.........29-30
4.2.1风电场电压稳定特性.........29-30
4.3风电场无功补偿.........30-35
4.3.1并联电容器无功补偿的特性.........30-31 [/BR/] 4.3.2机器端并联电容器补偿容量的确定.........31[/比尔/] 4.3.3示例分析.........31-35
4.4风电场可控电抗器无功优化.........35-37
4.5本章摘要.........37-39
第五章风电场接入电网的影响.........39-46
5.1前言.........39
5.2静态电压稳定性.........39-40[/溴/] 5.3动态电压稳定性.........40-43
5.4谐波问题.........43-44[/溴/] 5.4.1谐波原因.........43 [/BR/] 5.4.2解决方案.........43-44
5.5二级接入系统设计.........44-45

结论

本文的主要结论如下:
(1)在风力发电机第一升压方案中，35kV电压等级比10kV电压等级更经济，技术上更优越。
(2)风电场中央升压站升压方案宜采用35kV电压等级并网方案。然而，由于许多地区的35kV系统已经或正在被淘汰，通过110千伏电压等级连接到电网也是可行和常见的。
(3)风电场集电线路方案在经济上适用于选择机架空线路方案。然而，在一些风电场，特别是沿海地区，环境条件相对恶劣，采用架空线/[线/k0线方案的经济优势与采用埋地电缆方案相比并不明显，可靠性也相对较低。因此，电缆集电线是这些放电领域的首选方案。
(4)在风力发电机组的各种分组连接方式中，链式结构的造价最低，但有功损耗和电压偏差最大；单面环形结构的有功损耗和电压偏差最小，但造价最高。双面环结构和复合环结构介于各种因素之间，具有最佳的综合特性。其中，复合环结构的有功损耗和电压偏差低于双面环结构，但施工成本也低于双面环结构。复合环结构的任何主电缆都有故障，所有电路都有故障电流，因此故障判断和继电保护都很复杂。拟采用的具体方案需根据具体风电场的要求确定。
(5)风电场无功补偿也有几种方式。双馈风机可自行产生有功功率和无功功率，对系统无功功率影响不大。配有电容器组无功补偿装置，可以根据风电场的总无功功率消耗进行补偿。对于电容器组无功补偿装置，可根据具体风电场无功响应的要求选择一般分级补偿或快速平滑补偿方案。
(6)风电场接入电网对系统的影响是一个重要问题，电压稳定性是一个非常复杂的问题，影响因素很多。本文第五章对此进行了较为简单的论述，最后提出了通过完善二次保护控制系统来提高风电场安全运行水平的观点。
总之，本文对风电场工程设计中的几个主要问题进行了一定程度的探讨，总结了一些可以在风电场设计过程中使用的结论，并指出了一些应注意的问题，可供今后设计参考。

参考
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