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1、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 16一、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
2、 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。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。回转支承内圈13刹车系统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
3、塔架和基础两部分。塔架作用是支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔架上的荷载。基础作用是安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。1.5 冷却润滑系统冷却润滑系统主要是对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑及 对 齿轮箱进行冷却散热。1.6 电控系统电控系统是现代风力发电机的神经中枢。它承担着风机监控、自 动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务， 它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器） 几部分组成。2、道路包括风力发电机旁的检修通道、变电站站内站外道路、 风场 内道路及风场进出通道。3、变电站：风电场的运行监控中心及电能配送中心。
4、4、场内一次设备有：变压器、断路器（开关柜）、母线、隔离 开关、 互感器（电流和电压）、避雷器、场用变、接地电阻柜和无功 补偿装置。（1）变压器：起变换电压的作用，可以升高电压以利于功率的 传输、 降低线损。可以降低电压满足不同用户的需求。其组成部分有: 铁芯、绕 组、绝缘套管、油箱、储油柜，呼吸器、防爆管、散热器、 分接开关、气 体继电器以及温度计等。风机箱式变压器的作用就是将风机发出的 690V 电能经过升压变 为IOkV或35kV,通过埋地电缆或架空线输送到风电场升压站。综合风电系统的特点，可以总结出风电专用变压器的技术要求：一）变压器空载时间长。风力发电一般具有明显的季节性，变压 器的
5、 年负载率平均只有 30%左右。因此，要求变压器的空载损耗应尽 量低；二）过载时间少。由于变压器容量一般都比风力发电机容量大， 而由 于风机采用微机技术，实现了风机自诊断功能，安全保护措施非 常完善， 在风机过载时会自动采取限速措施或停止运行，基本上不会 造成变压器过 载运行。因此变压器的寿命比普通配电变压器应长；三）运行环境恶劣。在我国，风力资源丰富的地区一般集中在沿 海、 东北、西北地区，变压器运行在野外。因此就要考虑设备的耐候 性问题。 在沿海地区的设备就应考虑防盐雾、霉菌、湿热；在东北、 西北地区就要 考虑低温严寒、风沙等的影响。四）组合式变压器高压侧必须配置避雷器，以便与风机的过电压
6、 保护 装置组成过电压吸收回路。在变压器的绝缘设计上应充分考虑避 雷器残压 对变压器的影响。另外，风电用组合式变压器的箱体基本上 按照标准组合 式变压器的结构型式制造，除需具有足够的机械强度，外形力求美观等外， 还应具有抗暴晒，不易导热，抗风化腐蚀及抗机 械冲击等特点。箱体需采 用片式散热器，外加防护罩的结构。此外， 外壳油漆需喷涂均匀，防护等 级高，抗暴晒，抗腐蚀，抗风沙，并有 牢固的附着力；组合式变压器内部 电气设备的装设位置也应易于观 察、操作及安全地更换；高压配电装置小 室应保证可靠安全，以防误 操作。(2) 断路器：切断和闭合高压电路的空载和负荷电流，而且当 系统发生故障时，它和继电
7、保护及自动化装置相配合，迅速切断故障 电流，以减 少停电范围，防止事故扩大，保证系统的安全运行。高压 断路器的主要结 构分为：导流部分、灭弧部分、绝缘部分、操动机构 部分。(3) 母线：载流设备，是电流的通道，承载负荷、空载电流。(4) 隔离开关的用途：设备检修时提供明显断开点，使检修设 备与带 电设备隔离，同时与断路器配合改变运行方式。隔离开关一般 由绝缘支架、 操作机构、连锁机构、动静触头、刀口等组成。(5) 互感器：将大电流变换为小电流，将高电压变换为低电压, 供给 继电保护及仪表所需，同时将高压系统与二次相隔离保证人员、 设备的安 全，同时使仪表、继电器的制造标准化、简单化，以利于生
8、产。互感器由 一、二次绕组、铁芯、绝缘支撑物组成。(6) 避雷器：用于防止雷电进行波沿线路侵入变电站或其他建 筑物 危害电气设备绝缘的一种防雷装置，防止雷电及内部过电压。其 中阀型避 雷器由套管、火花间隙、并联电阻、阀型电阻、上下法兰以 及压缩弹簧及 其附件组成。氧化锌避雷器由套管、氧化锌电阻、上下 法兰以及压缩弹簧 及其附件组成。(7) 场用变：构成与变压器相同，供给站内正常生活和生产用 电。(8) 无功补偿装置：主要用来补偿电网中频繁波动的无功功率, 抑制 电网闪变和谐波，提高电网的功率因数，改善高压配电网的供电质量和使用效率，进而降低网络损耗。风电场的无功电源包括风力发电机组和风电场的无
9、功补偿装置。 目 前，风电场主要采用双馈型和永磁直驱型风电机组，绝大多数风电 场的风 电机组功率因数设定为 1,虽然提出了风电场的机组必须采用 恒压或恒功 率因数控制方式，从而释放机组的无功容量的要求，但预 计机组难以满足 无功控制的要求。由于风电机组无功出力自动调整能 力不足，且风电有功 出力预测预报精度不高，电压波动幅度及时刻也 难以准确预测，因此，固 定无功补偿装置已不能满足风电场的运行要 求，必须采用使用静止型动态 无功补偿装置(SVC、SVG)调节风电场的无功。6、场内二次设备有：(1) 继电保护装置：风力发电机、变压器、母线、电抗器、电容器、 线路(含电缆)、断路器等设备的继电保护
10、装置等。(2) 系统安全自动装置：风电智能运行控制系统、备用设备及 备用电 源自动投入装置、故障录波器及其他保证系统稳定的自动装置 等。(3) 控制屏、信号屏与继电保护有关的继电器和元件。(4) 连接保护装置的二次回路(含保护有直流系统)。(5) 继电保护专用的通道设备。二、风电集电线路风电场集电线路是连接风电机组、变电所与电力网的一个传送电能的系统。按传输媒介分为架空线路和电缆线路。风电场集电线路普通情况多为混合方式，即风力发电机与升压箱 变 之间、升压箱变与输电主干线之间选用电缆方式，输电主干线多以 架空线 方式为主。但若风电场处于海滨等环境保护、旅游区域时，不 允许采用架 空线方式，则只
11、能采用全线电缆方式。集电线路的环接方式也分为二种：一种是利用升压箱变高压侧的 铜 板母线进行环接；另一一种是采用“ T ”接方式，每台风机均用 “ T ” 接接头接人主线路。从目前看来，环接方式更加可靠，而“T 接方式则 使接线更加简化。3 种连接方式中，电缆方式造价最高，混合方.式其次，架空线方 式 造价最低。1、集电线路的架空线路由于架空线路具有线路结构简单，施工周期短，建设费用低，输 送容 量大，维护检修方便，所以广泛应用。在平地和丘陵等便于运输和施工的地区，宜因地制宜采用拉线杆 塔 和钢筋混凝土杆。在走廊清理费用比较高及走廊较为狭窄的地带， 宜采用 导线三角形排列的杆塔，对非重冰区还宜
12、结合远景规划采用双 同路或多回 路杆塔；在重冰区地带宜采用单回路导线水平排列的杆 塔；在城市或城郊 可采用钢管杆塔。架空输电线路是由绝缘子将导线架设在杆塔上，并与风电场或变 电 站互相连接，构成电力系统或电力网，用以输送电能。风电场集电 线路绝 大多数采用 35kV 的电压等级。2、集电线路的线缆敷设(1) 电缆深槽敷设方式电缆沟埋深大于冻土层厚度，使电缆沟位于冻土层下。电缆沟采 用预 制素混凝土结构。若该风场所属地区为季节性冻土地带。季节性冻土在自然冻结过 程 中产生冻胀，若电缆沟位于冻土层内的话，会在自然冻结过程中由 于土层 中产生的切向冻胀力不均匀而使电缆沟上拔；而在自然融化过 程中由于
13、土 层中的冻胀力的不断消失又产生部分下陷。严重的冻胀将 给埋深在冻土层 中的电缆沟产生较大的危害。故考虑上述因素将电缆沟埋深在冻土层下，以此避免电缆沟因冻土的影响而产生电缆沟结构 的破 坏。同时将电缆沟埋设在冻土层下可以避免电缆沟受外界气候变 化、生物 及人类活动、植被生长等因素的影响。该方案需要大面积及超深开挖，开挖工程量大，施工费用大，同 时开 挖后的堆土量大，势必增加临时用地的面积。此种施工方法会增 加遭破坏 的植被面积，对该地区的植被保护不利。(2) 电缆穿管敷设方式穿管敷设即将电缆敷设在电力保护管中，此种电力保护管(以 HBB 玻 璃电缆保护管为例)具有强度高、耐腐蚀、非磁性、不变形
14、、 重量轻、施 工简便等优点。电缆浅槽敷设方式浅埋式电缆沟即将电缆沟浅埋，沟顶与地面间距离大于 700mm, 电缆 沟采用预制素混凝土结构。(4)电缆直埋敷设方式根据电力工程电缆设计规范规定，同一通路少于6根的35 kV及 以下电力电缆，在不易有经常性开挖的地段，宜用直埋。电缆外缘 至地面 的深度大于 IOOOmmoo以上 4种敷设方式中，直埋电缆敷设方式技术可行，施工方便， 投资 少，故在允许的情况下推荐采用直埋电缆敷设的方式。三、风电场选址1、宏观选址因素(1) 基本概念：在一个较大的地区内，通过对若干场址的风能 资源和 其他建设条件的分析和比较，确定风电场的建设地点、开发价 值、开发策
15、略和开发步骤的过程，是企业能否通过开发风电场获取经 济效益的关键。(2) 基本原则:1、风能资源丰富，风能质量好。2、符合国家产 业政 策和地区发展规划。3、满足接入系统要求。4、具备交通运输和 施工安装 条件。5、保证工程安全。6、满足环境保护要求。7、满足 投资回报要求。(3) 宏观选址步骤：1.参照国家风能资源分布区划，首先在风 能资源 丰富区内候选风能资源区，每个候选区应具备以下特点：有丰 富的风能资 源，在经济上有开发利用的可行性：足够的面积；具备良 好的场地形、地 貌。2.将候选风能资源区再进行筛选，以确定其中有 开发前景的场址。在 这个阶段，非气象学因素，比如交通、通信、联网、土地投资等因素对该场址的取舍起着关键的作用。3.对准备开发 建设 的场址进行具体分析。2、微观选址因素(1)基本概念：风电场微观选址即风电机组位置的选择。通过 对若干 方案的技术经济比较，确定风电场风电机组的布置方案，使风 电场获得较 好的发电量。(2)基本原则：微观选址按照以下原则设计：尽量集中布置、 尽量减 小风电机组之间尾流影响、避开障碍物的尾流影响区、满足风 电机组的运 输条件和安装条件、视觉上要尽量美观。(3) 微观选址步骤：风电机组的布置和发电量的计算，一般都 借助于WASP和WindFarnler两个软件。具体步骤如下：1、确认风电场可用土地 的界
