1、风电场电气工程（论文）I目 录1 引言 .12 风力资源 .22.1 基本情况 .22.2 我国风电机组的发展趋势 .52.3 风力发电机组选型 .52.4 风力发电机组布置 .73 主变压器及电气主接线的选择 .83.1 主变压器的选择 .83.2 厂用电方案的确定 .83.3 电气主接线设计的要求 .93.4 电气主接线形式的选择 .104 总结 .39参考文献 .40致 谢 .41附录 .42风电场电气工程（论文）11 引言能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提
2、高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果：资源日益枯竭，环境不断恶化。因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。受化石能源资源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。特别是自 20 世纪 90 年代初以来，风力发电的发展十分迅速，世界风电机装机容量的年平均增长率超过了 30%，2005 年，中国政府对 2020 年的风电发展目标进行了修改，将风电装机容量由 2000 万千瓦增至 3000 万千瓦。与此同时，我国在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金，充分综合利用新材料、新型电机、电力电子
3、技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。本设计是根据长春工程学院电电信学院毕业生设计任务书所规定的设计内容要求、方法、步骤以及电厂电气部分设计的一般程序而编写。毕业设计是在完成本专业（电气工程及其自动化）本科段全部基础课程及专业课基础上进行的。通过本次毕业设计应达到以下目的：1、 巩固，提高已学过的专业知识
4、，并通过本次设计能进一步学习新知识和技能，最终达到能通过获得综合运用理论知识解决实际问题的能力。2、 使自己懂得发电厂电气部分工程设计的基本程序和思想方法，使自己获得查阅文献、收集资料、计算比较、综合分析、设计图纸，编写说明书、计算书等方面的训练和基本技能。3、 能在指导老师的帮助下，通过查阅有关技术文献资料，独立完成规定内容。4、 力争在设计以及未来学习工作中，有所创新，并掌握计算机绘图的方法。5、 同时能培养遵守国家法律、法规、树立贯彻执行国家经济建设的方针、政策、观风电场电气工程（论文）2念，特别是树立贯彻执行提高综合经济效益和促进技术的进步观念。2 风力资源2.1 基本情况项目场位于黑
5、龙江省齐齐哈尔市，属于中温带半干旱大陆性季风气候，多年平均气温为2，自气象站建站以来，月平均最高温度为 23.，月平均最低气温为-18.6，累年平均气压为 994.3hPa，年日照小时数 2742.8 小时。平均空气密度 1.253kg/m。2.1.1 多年年平均风速富裕气象站已记录有 48 年的气象资料，按照相关规范，本次可行性研究阶段选取近 30年（1974 年至 2004 年）的气象资料进行分析计算，近 30 年年平均风速见下表 1-1。表 2-1：富裕气象站近 30 年年平均风速(m/s)年 份 年平均风速 年 份 年平均风速1974 2.9 1990 3.31975 3.7 1991
6、 2.71976 3.9 1992 2.81977 4.0 1993 3.01978 4.0 1994 3.21979 4.1 1995 3.71980 3.8 1996 3.81981 3.6 1997 3.81982 3.8 1998 3.81983 3.4 1999 3.91984 3.3 2000 3.71985 3.2 2001 3.91986 3.3 2002 3.81987 3.4 2003 3.21988 3.2 2004 3.2风电场电气工程（论文）31989 3.6 近 30 年年平均风速 3.6从上述图表可以看出，气象站近 30 年年平均风速为 3.5m/s，近 20 年
7、年平均风速为3.4m/s ,近 10 年年平均风速为 3.6m/s，年平均风速相对比较稳定，这主要是由于气象站离城市较远，基本不受城市发展及周边建筑物的影响。2.1.2 月平均风速 富裕气象站近 30 年(1974 年至 2004 年)各月月平均风速见下表 1-2表 2-2:富裕气象站近 30 年各月月平均风速(m/s)月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12风速 2.9 3.9 4.2 5.0 4.8 3.7 3.1 3.0 3.4 3.8 3.6 2.9从以上表可以看出，该地区大风月集中在 35 月份，平均风速可达到 4.7m/s，小风月集中在 1 和 12 月份，平均风
8、速为 2.9m/s.2.1.3 风向玫瑰图 根据气象站提供资料，该地区风向玫瑰图表见表 21-3 和图 1-1.表 2-3：富裕气象站风向玫瑰数据表(%)方 位 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S百分比 10 6 5 3 4 3 4 5 7方 位 SSW SW WSW W WNW NW NNW C 总和百分比 6 5 4 7 7 9 9 7 100风电场电气工程（论文）4图 2-1：富裕气象站风向玫瑰图从以上图表可以看出，该地区盛行风向为北风至西北风，合计占总量的 28%。2.1.4 资源分析 对 1#测风塔 40M 高度和 2#测风塔 10M 测风数据进行资源分析，按照
9、GB/T18710-2002风电场风能资源评估方法的要求，绘制各类风况图。1#风向玫瑰图风电场电气工程（论文）5图 2-2：1#风能玫瑰图经过对现场测风数据的处理分析，考虑 2#测风塔风向数据错失过多，且距拟选厂址较远，约 20KM，故缺测数据不作处理。1#测风塔 40m 高年平均风速为 6.2m/s，平均风功率密度为 290 W/m。按照风切变指数 0.143 推算，50m 高年平均风速为 6.64m/s，60m 高年平均风速为 6.83m/s，70m 高年平均风速为 6.99m/s。该风电场盛行风向为西北风，主风能方向也为西北风。盛行风向和主风能方向明显、一致，所占比例较大，有利于风力发电
10、组的排布。2.2 我国风电机组的发展趋势世界上近几年 1500kW 风电机组发展迅速，相对成熟可靠，并已经逐步商业化，其主要分布在欧洲和美国。在欧洲，离岸风电场主要是安装 2500kW 和 3000kW 的风力风力发电机组。对于该等级风力发电机组的研法、制造也已经趋于成熟，可以普及机组的国产化率；MW级风力发电机组的运输、安装、维护以及运行经验方面与世界水平有一定的差距，但已经开始着眼发展 MW 级的风力发电机组。2.3 风力发电机组选型根据对齐齐哈尔富裕风电场现场风力资源特点、场址的地质地形特征、交通运输条件以风电场电气工程（论文）6及国内外各种风力发电机组的实际运行情况等因素综合分析，并结
11、合目前国际上成熟的商品化风力发电机组技术规格，初步选择单机容量为 WTG1500A 和 WTG850 两种。机型特征参数如下：表 2-4：机型特征参数产品型号技术参数WTG850 WTG1500A转子直径（m） 52 70.5扫风面积 22124 3904转速（r/min） 14.031.4 11.122.2功率调节 变浆距+双馈感应 变浆距+双馈感应切入风速(m/s) 4 4额定风速(m/s) 16 131 风轮切出风速(m/s) 25 25型式 双馈异步电机 双馈异步电机容量(KW) 850 1500电压(V) 690 690频率(HZ) 50 502 发电机转速(r/min) 900/1
12、944 1000/20003 桨叶 长度(m) 25.3 344 齿轮箱 变比 1：62 1：90紧急刹车形式 盘刹车 机械盘制动5 刹车系统其他形式 叶片顺浆 叶片变桨型式 圆锥筒形 圆锥筒形6 塔架高度(m) 55 64.7风电场电气工程（论文）7风轮(t) 10 32.9（含三个叶片）机舱(t) 22 517 重量塔架(t) 77 1102.3.1 初步方案综合考虑目前风力发电机组的价格、性能、成熟可靠性、售后服务和备品备件供应等条件，从上述可供选择的不同功率等级的风力发电机组中选择出两种机型进行初步比较。机型一：单机容量为 850kW，共布置 58 台风机，总装机容量为 49.3MW。
13、机型二：单机容量为 1500kW，共布置 33 台风机，总装机容量为 49.5MW。2.3.2 轮鼓高度根据风力发电机组制造厂商提供的饿技术资料，上述两种机型轮毂高度为：机型一：65 m； 机型二：80m；一般情况，随着轮毂高度的增加，风速都有所加大，相应发电量也有所增加，而工程总投资的增加主要表现是塔架投资和土建工程部分，投资增加相对较小，经济效益将大幅度提高。2.3.3 单机容量确定根据选顶的四种机型轮毂高度及发电量测算结果，从发电效益、风力发电机组设备价格、配套设备、土建和其他费用等方面进行差额投资的经济技术比较.机型额定功率（万kW）单机年理论发电量（万kWh）单机理论年满负荷运行小时
14、数（万 kWh）全场年理论发电量（万kWh）WTG850 850 230 2705 13340WTG1500A 1500 496 3307 16368表 2-5：额定功率和发电量通过以上对 WTG1500A 和 WTG850 两种机型在机组基本参数、年上网发电量、等效满负荷小时数、技术经济等方面的比较，WTG1500A 机组在各方面均优于 WTG850 机组，因此，本期工程选用安装 WTG1500A 型机组，安装高度为 80m 的风力发电机组进行设计和计算。风电场电气工程（论文）82.4 风力发电机组布置风力发电机组的布置按充分利用风电场场区的风能资源，并结合场区地形地貌、植被及土地利用规划进
15、行布置。风机排布需考虑风向与风能情况。风电场主导风能方向在 NNW 区间，综合考虑风能利用和尾流影响，按照风电场在布置风电机组时，在盛行风向上机组间隔 8 倍风轮直径，在垂直于盛行风向上机组间隔 6 倍风轮直径的原则，WTG1500A 机组行间距不小于 560m，列间距不小于 420m；WTG850 机组行间距不小于 400m，列间距不小于 200m，以便风机达到最大发电量。3 主变压器及电气主接线的选择3.1 主变压器的选择 3.1.1 变压器型式容量和台数的确定原则 单元接线的箱变选择：单元接线时，主变压器容量应按发电机的额定容量，留有 10的裕度来确定。本次设计的电厂升压主变压器和发电机
16、出口变压器选择如下：1到 33风力发电机的出口变压器采用双绕组，变压器的选择按以下原则计算： 1.50%1.941948MVAK表 3-1: 1和 33发电机的主变压器均采用 SLZ7-2000/35额定电压（KV） 损耗（W）型号额定容量（KVA ） 高压 低压阻抗电压（%） 空载 短路空载电流（%）风电场电气工程（论文）9SLZ7-2000/35 2000 35+32.5% 6.3，10.5 6.5 3600 20800 2.5厂内变电所升压变压器采用双绕组变压器，变压器的选择按以下原则计算： 49.51%06341808KVA表 3-2: 厂内变电所升压变压器采用 SFPZ7-31500
17、/220额定电压（KV） 损耗（KW）型号额定容量（KVA ）高压 低压阻抗电压（%） 空载 负荷空载电流（%）SFPZ7-31500/220 31500 230+81.5% 6.3 16 29 144 0.593.2 厂用电方案的确定 3.2.1 概述厂用电设计应根据运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进,保证机组安全、积极和满发地运行。3.2.2 厂用电源的引接方式厂用工作电源（变压器） ，应尽量满足风电场的所有负荷要求。考虑本厂实际情况，厂用工作电源在 35KV 母线上引接一台厂用工作变压器；3.2.3 厂用变压器选择：厂用工作变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。因此，对厂用变压器的容量应按厂用电计算负荷与低压厂用电计算负荷之间进行选择；厂用工作变压器的型式选择， ，查电力工程电气设备手册得：高压厂用工作变压器的容量为：49.51%82.30KVA表 3-3: 高压厂用变压器采用 S7250/35型号 额定容量（kVA ）额定电压（kV） 阻抗电压（%）损耗（W） 空载电流
