风力发电虚拟仿真实践教学平台建设初探

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1、风力发电场的构成特点与选址研究　　摘要：风力发电场是将风能转换成电能并通过输电线路送入电网的场所，具有与其他发电厂不同的构成特性。从三个方面对风力发电场的概念和特点、构成和分类以及风电场的设计选址等进行了深入的探索。　　关键词：风力发电场；设计；选址　　作者简介：丁立新（1965-），女，内蒙古通辽人，通辽职业学院机电工程学院，教授。（内蒙古　通辽　028000）　　基金项目：本文系2010年度内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目立项研究课题“高职院校风电技术人才培养对策研究”（课题编号：NJ10318）的研究成果。　　中图分类号：F270?????文献标

2、识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）36-0101-02　　一、风力发电场的含义　　1.风电场的概念　　风力发电场（简称“风电场”）是在风能资源良好的地域范围内，由同一单位经营管理的所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施和运行维护人员等共同组成的集合体；是将多台风力发电机组按照一定的规则排成阵列，组成风力发电机群，将捕获的风能转换成电能，并通过输电线路送入电网的场所。8　　建设风电场是大规模利用风能的有效方式，20世纪80年代初兴起于美国的加利福尼亚州，如今在世界范围内得到蓬勃发展，特别是我国，风力发电产业发展迅猛。截止到201

3、1年底，全球的风电装机容量达到238351MW，其中我国最多，为62733MW，其次是美国和德国。目前，风电场分布遍及全球，最大规模的风电场可达千万千瓦级，如我国甘肃酒泉的特大型风电项目。　　21世纪初，欧洲国家率先兴建了大型海上风电场，如丹麦的HornsRev和英国的NorthHoyle风电场。美国、印度等国家也在大力推进更大的海上风能开发计划，我国第一座大型海上风电场――东海大桥风电场于2009年末全部风机实现并网发电。　　2.风电场的特点　　风电场因其特殊的发电特性，具有如下特点：　　（1）风力资源具有丰富性。风电场的电能资源来自于风能。大气的流动形

4、成了风，风资源是取之不尽、用之不竭的。　　（2）风力发电具有环保性。风力发电是朝阳产业、绿色能源，风力发电在减少常规能源消耗的同时，较其他形式发电向大气排放的污染物为零，对保护大气环境有积极作用。　　（3）风电场址具有特殊性。为达到较好的经济效益，应选择风资源丰富的场址。要求场址所在地年平均风速大于6.0～7.0m/s，风速年变化相对较小，30m高度处的年有效风力时数在6000h以上，风功率密度达到250W/m2以上。8　　（4）生产方式具有分散性。由于风力发电机组单机容量小，每一个风电场的发电机组数目都很多，所以，风电场的电能生产方式比较分散。若要建设一

5、个千万千瓦级规模的风电场，大致需要上千台1.5MW的风力发电机组，分布在方圆几十公里的范围内。　　（5）机组类型具有多样性。风力发电应用的发电机类型很多，同步发电机和异步发电机都有应用。随着风电技术的发展，当前常用的机型如双馈式风力发电机组、直驱式永磁风力发电机组等。　　（6）输出功率具有波动性。风能具有很强的波动性和随机性，风力发电机组的输出功率也具有这些特点。　　（7）机组并网具有复杂性。风力发电机组单机容量低，输出电压等级相对低，需要变压器变换至更高的电压等级。而且，要通过电子变流设备对输出电流进行整流和逆变，达到满足电网需要的频率和电压相位才能并入

6、电网。　　二、风力发电场的构成及分类　　1.风电场的构成　　风电场风力发电系统是由风电场、电网以及负荷构成的整体，是用于风电生产、传输、变换、分配及监控保护的系统。风电场是整个风电系统的基本生产单位，风力发电机组生产电能，变电站将电能变换后传输给电网。电网是实现电压等级变换和电能输送的电力装置。　　风电场是由风电场电气部分、风电场建筑设施和风电场组织机构三部分构成。风电场的电气系统和常规发电厂一样，也是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。8　　风电场电气一

7、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、电力母线、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。　　风电场一次系统由四个部分组成，即风力发电系统、集电系统、升压变电站及风电场用电系统。其中，风力发电系统主要包括风力机

8、（风轮）、发电机、电力电子换流器（变流器）、机组升压变压器（集电变