畢業(yè)設(shè)計(jì)--110kv降壓變電所一次回路初步設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目 110KV降壓變電所一次回路初步設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 2013級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2015年12月1日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　110KV降壓變電所一次回路初步設(shè)計(jì)&

3、lt;/p><p>　　摘要：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，本次設(shè)計(jì)為110k V 變電站電氣一次部分初步設(shè)計(jì)，并繪制電氣主接線圖及其他圖紙。該變電站設(shè)有兩臺(tái)主變壓器，站內(nèi)主接線分為110k V、35k V 和10k V 三個(gè)電壓等級(jí)。各個(gè)電壓等級(jí)分別采用單母線分段接線、單母線分段帶旁路接線和手車式接線。設(shè)計(jì)內(nèi)容遵守各部分相關(guān)規(guī)范，參照同類變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)。 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)中進(jìn)行了電氣主

4、接線的設(shè)計(jì)、短路電流計(jì)算、主要電氣設(shè)備選擇及校驗(yàn)（包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、母線等）、各電壓等級(jí)配電裝置設(shè)計(jì)、直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及防雷保護(hù)的配置。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)以《35～110k V 變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》、《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《35～110k V高</p><p>　　壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范規(guī)程為依據(jù)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容符合國(guó)家有關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策， </p&

5、gt;<p>　　所選設(shè)備全部為國(guó)家推薦的新型產(chǎn)品，技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：主變壓器 短路電流計(jì)算 電氣設(shè)備 檢驗(yàn) 裝置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論5</b></p><p>

6、　　1.1 現(xiàn)時(shí)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r5</p><p>　　1.1.1 資源潛力和開發(fā)程度5</p><p>　　1.1.2 開發(fā)狀況6</p><p>　　1.1.3 重點(diǎn)區(qū)域8</p><p>　　1.2 國(guó)外風(fēng)電狀況11</p><p>　　1.3 大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響13</p>

7、<p>　　1.3.1 電壓穩(wěn)定性問(wèn)題13</p><p>　　1.3.2 暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題13</p><p>　　1.3.3 頻率穩(wěn)定問(wèn)題14</p><p>　　1.3.4 電能質(zhì)量問(wèn)題14</p><p><b>　　2 發(fā)電系統(tǒng)14</b></p><p>　　2.1

8、 異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)16</p><p>　　2.1.1 異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)16</p><p>　　2.1.2 工作原理17</p><p>　　2.1.3 并網(wǎng)方式17</p><p>　　2.2 雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)（雙饋機(jī)）19</p><p>　　2.2.1 雙饋發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)19</p>&

9、lt;p>　　2.2.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理20</p><p>　　2.2.3 dq 坐標(biāo)下雙饋機(jī)的矢量方程20</p><p>　　2.2.4 PWM結(jié)構(gòu)的主回路電路圖22</p><p>　　2.2.5 并網(wǎng)方式22</p><p>　　2.3 采用永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)機(jī)24</p><p>　

10、　3 電網(wǎng)短路計(jì)算25</p><p>　　3.1 PSASP仿真軟件介紹25</p><p>　　3.2 風(fēng)電場(chǎng)最大裝機(jī)容量27</p><p>　　3.2.1 短路容量28</p><p>　　3.2.2 短路比28</p><p>　　3.2.3 有效短路比28</p><p>

11、;　　3.3 風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)參數(shù)30</p><p>　　3.3.1 雙饋型1500kw風(fēng)機(jī)參數(shù)30</p><p>　　3.3.2 電網(wǎng)參數(shù)31</p><p>　　3.4 風(fēng)場(chǎng)在不同接入點(diǎn)短路電流32</p><p>　　3.4.1 電路圖32</p><p>　　3.4.2 仿真34</p>

12、<p>　　3.4.3 風(fēng)電場(chǎng)容量大小34</p><p>　　4 電網(wǎng)潮流計(jì)算及穩(wěn)態(tài)分析35</p><p>　　4.1潮流計(jì)算的意義35</p><p>　　4.2 電網(wǎng)潮流分布36</p><p>　　4.2.1電路圖36</p><p>　　4.2.2潮流仿真36</p>

13、<p>　　4.2.3 接入風(fēng)場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)損耗和母線電壓影響37</p><p>　　4.3接入84MW風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)潮流影響38</p><p>　　4.4 接入84MW風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析39</p><p><b>　　5 總結(jié)42</b></p><p>　　5.1 中國(guó)風(fēng)電發(fā)展展望42</

14、p><p>　　5.1.1 近期發(fā)展形勢(shì)估計(jì)42</p><p>　　5.1.2 中長(zhǎng)期發(fā)展形勢(shì)判斷43</p><p>　　5.2 機(jī)遇與挑戰(zhàn)44</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)46</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>&l

15、t;p>　　風(fēng)力發(fā)電是目前最成熟、經(jīng)濟(jì)效益最好的一種可再生能源發(fā)電技術(shù)。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展和國(guó)家在政策上對(duì)可再生能源發(fā)電的重視，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電建設(shè)已進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。我國(guó)風(fēng)資源較豐富，但適合大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的地區(qū)一般都處于電網(wǎng)末端，由于此處電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較薄弱，因此大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后可能會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓水平下降、線路傳輸功率超出熱極限、系統(tǒng)短路容量增加和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性改變等一系列問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者己對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及風(fēng)電

16、接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響開展了廣泛而深入的研究。本文主要研究風(fēng)電接入后風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響；本文對(duì)未包含風(fēng)電場(chǎng)和包含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)，運(yùn)用仿真分析方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析和短路計(jì)算進(jìn)行。文中首先介紹了國(guó)內(nèi)外的風(fēng)電發(fā)展情況；再詳細(xì)介紹了國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組的類型，尤其是基于雙饋感應(yīng)電機(jī)(doubly．Fed induction generator，DFIG)的變速風(fēng)電機(jī)組模型；最后運(yùn)用PSASP（電力系統(tǒng)分析綜合程序）對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行短路計(jì)算和潮流分

17、析。本文介紹了某省級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模風(fēng)電接入，涉及風(fēng)電機(jī)組及風(fēng)電場(chǎng)建模、風(fēng)電場(chǎng)不同運(yùn)行狀況對(duì)地區(qū)電網(wǎng)線路傳輸功率及電壓水平的影響、風(fēng)電接入對(duì)</p><p>　　1.1 現(xiàn)時(shí)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1.1.1 資源潛力和開發(fā)程度</p><p>　　我國(guó)幅員遼闊，海岸線長(zhǎng)，風(fēng)能資源豐富。在20世紀(jì)80年代后期和2004 — 2005 年，中國(guó)氣象局分別組

18、織了第二次和第三次全國(guó)風(fēng)能資源普查，得出我國(guó)陸地10米高度層風(fēng)能資源理論可開發(fā)儲(chǔ)量分別為32.26億千瓦和43.5億千瓦、技術(shù)可開發(fā)量分別為2.53億千瓦和2.97億千瓦的結(jié)論。此外，2003 — 2005 年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署組織國(guó)際研究機(jī)構(gòu)，采用數(shù)值模擬方法開展了風(fēng)能資源評(píng)價(jià)的研究，得出陸地上離地面50米高度層風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量可以達(dá)到14億千瓦的結(jié)論。2006 年，國(guó)家氣候中心也采用數(shù)值模擬方法對(duì)我國(guó)風(fēng)能資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果

19、是：在不考慮青藏高原的情況下，全國(guó)陸地上離地面10米高度層風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為25.48億千瓦，大大超過(guò)第三次全國(guó)風(fēng)能資源普查的結(jié)果。</p><p>　　根據(jù)第三次風(fēng)能資源普查結(jié)果，我國(guó)技術(shù)可開發(fā)（風(fēng)能功率密度在150瓦/平方米以上）的陸地面積約為20萬(wàn)平方千米。考慮風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際布置能力，按照低限3兆瓦/ 平方千米、高限5兆瓦/ 平方千米計(jì)算，陸上技術(shù)可開發(fā)量為6億～10億千瓦。根據(jù)《全國(guó)海岸帶和海

20、涂資源綜合調(diào)查報(bào)告》，我國(guó)大陸沿岸淺海0～20 米等深線的海域面積為15.7萬(wàn)平方千米。2002 年我國(guó)頒布了《全國(guó)海洋功能區(qū)劃》，對(duì)港口航運(yùn)、漁業(yè)開發(fā)、旅游以及工程用海區(qū)等作了詳細(xì)規(guī)劃。如果避開上述這些區(qū)域，考慮其總量10%～20%的海面可以利用，風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際布置按照5兆瓦/ 平方千米計(jì)算，則近海風(fēng)電裝機(jī)容量為1億～2億千瓦。綜合來(lái)看，我國(guó)可開發(fā)的風(fēng)能潛力巨大，陸上加海上的總量有7億～12億千瓦，風(fēng)電具有成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中重要組成部

21、分的資源基礎(chǔ)。</p><p>　　我國(guó)的風(fēng)能資源分布廣泛，其中較為豐富的地區(qū)主要集中在東南沿海及附近島嶼以及北部（東北、華北、西北）地區(qū)，內(nèi)陸也有個(gè)別風(fēng)能豐富點(diǎn)。此外，近海風(fēng)能資源也非常豐富。</p><p>　　沿海及其島嶼地區(qū)風(fēng)能豐富帶：沿海及其島嶼地區(qū)包括山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省（市）沿海近10 千米寬的地帶，年風(fēng)功率密度在200瓦/平方米以上，風(fēng)功率密度

22、線平行于海岸線。</p><p>　　北部地區(qū)風(fēng)能豐富帶：北部地區(qū)風(fēng)能豐富帶有東北三省、河北、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏和新疆等省（區(qū)）近200 千米寬的地帶。風(fēng)功率密度在200～300瓦/平方米以上，有的可達(dá)500瓦/平方米以上，如阿拉山口、達(dá)坂城、輝騰錫勒、錫林浩特的灰騰梁、承德圍場(chǎng)等。</p><p>　　內(nèi)陸風(fēng)能豐富區(qū)：在兩個(gè)風(fēng)能豐富帶之外，風(fēng)功率密度一般在100 瓦/ 平方米以下，但是在

23、一些地區(qū)由于湖泊和特殊地形的影響，風(fēng)能資源也較豐富。</p><p>　　近海風(fēng)能豐富區(qū)：東部沿海水深5～20米的海域面積遼闊，但受到航線、港口、養(yǎng)殖等海洋功能區(qū)劃的限制，近海實(shí)際的技術(shù)可開發(fā)風(fēng)能資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陸上。不過(guò)在江蘇、福建、山東和廣東等地，近海風(fēng)能資源豐富，距離電力負(fù)荷中心很近，近海風(fēng)電可以成為這些地區(qū)未來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)重要的清潔能源。</p><p>　　我國(guó)的風(fēng)能資源有兩個(gè)特點(diǎn)。

24、一是風(fēng)能資源季節(jié)分布與水能資源互補(bǔ)。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，但季節(jié)分布不均勻，一般春、秋和冬季豐富，夏季貧乏。水能資源豐富，南方的雨季大致是3～6月，或4～7 月，在這期間的降水量約占全年的50%～60%；在北方，不僅降水量小于南方，而且分布更不均勻，冬季是枯水季節(jié)，夏季為豐水季節(jié)。豐富的風(fēng)能資源與水能資源季節(jié)分布剛好互補(bǔ)，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電可以一定程度上彌補(bǔ)我國(guó)水電冬春兩季枯水期發(fā)電電力和電量之不足。 二是風(fēng)能資源地理分布與電力負(fù)荷不匹配。

25、沿海地區(qū)電力負(fù)荷大，但是風(fēng)能資源豐富的陸地面積小；北部地區(qū)風(fēng)能資源很豐富，電力負(fù)荷卻很小，給風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)開發(fā)帶來(lái)困難。由于大多數(shù)風(fēng)能資源豐富區(qū)遠(yuǎn)離電力負(fù)荷中心，電網(wǎng)建設(shè)薄弱，大規(guī)模開發(fā)需要電網(wǎng)延伸的支撐。</p><p>　　我國(guó)風(fēng)電開發(fā)程度還很低，2007年只有600萬(wàn)千瓦左右，不到可開發(fā)量的1%，其實(shí)目前各方跑馬圈地，所占容量也不過(guò)8 000萬(wàn)千瓦，占總資源量低限的10% 左右。未被開發(fā)的資源潛力還十分巨大。&

26、lt;/p><p>　　1.1.2 開發(fā)狀況</p><p>　　近年來(lái)，特別是《可再生能源法》實(shí)施以來(lái)，中國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)和風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展十分迅速，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　　市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大：中國(guó)發(fā)展并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電始于1990年，到2004 年年底，全國(guó)的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量約有76.4萬(wàn)千瓦；2005 年2 月《可再生能源法》頒布之后，當(dāng)年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容

27、量超過(guò)60%，總?cè)萘窟_(dá)到了126萬(wàn)千瓦；2006年當(dāng)年新增裝機(jī)容量超過(guò)100%，累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)259.7萬(wàn)千瓦；2007 年又新增裝機(jī)容量340萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到604萬(wàn)千瓦（圖1-1），超過(guò)丹麥，成為世界第五大風(fēng)電大國(guó)，當(dāng)年裝機(jī)僅次于美國(guó)和西班牙，超過(guò)德國(guó)和印度，成為世界上最主要的風(fēng)電市場(chǎng)之一。</p><p>　　圖1.1 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　風(fēng)電制造業(yè)發(fā)展迅

28、猛：2005 年之前，中國(guó)只有少數(shù)幾家風(fēng)電制造商，且規(guī)模小、技術(shù)落后，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中風(fēng)雨飄搖，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)主要依賴進(jìn)口?！犊稍偕茉捶ā返念C布，極大地調(diào)動(dòng)了投資商的積極性，除了原來(lái)的金風(fēng)科技、浙江運(yùn)達(dá)加大投入、迅速擴(kuò)張之外，上海電氣、東方汽輪機(jī)、華銳風(fēng)電（原大連重工集團(tuán)）、中國(guó)船舶以及通用電氣、維斯塔斯、歌美颯、蘇司蘭、西門子等一批國(guó)內(nèi)外大型制造業(yè)和投資商紛紛進(jìn)入中國(guó)風(fēng)電制造業(yè)市場(chǎng)，還有一批中小型制造企業(yè)正在成長(zhǎng)，依托良好的研發(fā)基礎(chǔ)，

29、表現(xiàn)出較強(qiáng)的發(fā)展實(shí)力，如南車、湘電集團(tuán)等。到2007年年底，本土化的制造能力已經(jīng)突破了3 500 兆瓦，2008 年年底達(dá)到6 000 兆瓦，基本上滿足了國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)的需要。</p><p>　　技術(shù)轉(zhuǎn)讓步伐加快：2005 年之前，中國(guó)本土只能制造600千瓦以下的風(fēng)電裝備，零部件配套能力也很差，關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口，750千瓦以上的風(fēng)機(jī)全部依賴進(jìn)口?！犊稍偕茉捶ā奉C布以后，在政策激勵(lì)和市場(chǎng)拉動(dòng)的雙重作用下，風(fēng)電裝

30、備制造和設(shè)計(jì)技術(shù)的轉(zhuǎn)讓加速，開始形成自主制造能力，2005 年750 千瓦的國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)開始問(wèn)世，成為2006 年、2007 年的市場(chǎng)主流機(jī)型；2006年1.5兆瓦的國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)問(wèn)世，2007年開始大批量供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，僅華銳風(fēng)電一家在2007年就向市場(chǎng)供應(yīng)了500 臺(tái)1.5兆瓦的風(fēng)電設(shè)備。2007年年底，2兆瓦的設(shè)備開始下線調(diào)試，2008年將開始批量供應(yīng)市場(chǎng)；3兆瓦的風(fēng)機(jī)開始組裝，2009 年安裝調(diào)試。中國(guó)風(fēng)電技術(shù)與國(guó)外的差距正在不斷縮小。&l

31、t;/p><p>　　風(fēng)電政策趨于成熟：中國(guó)政府為了加速風(fēng)電規(guī)?；l(fā)展，先后實(shí)施了5期風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)的項(xiàng)目，總?cè)萘砍^(guò)8 000 兆瓦，其意義除了實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電的規(guī)?；l(fā)展之外，還加速了風(fēng)電國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程，為剛剛進(jìn)入風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的中國(guó)制造商提供了市場(chǎng)機(jī)會(huì)，同時(shí)還為探索風(fēng)電定價(jià)機(jī)制積累了經(jīng)驗(yàn)。到2007 年年底，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)先后核準(zhǔn)了三批60 多個(gè)項(xiàng)目的風(fēng)電電價(jià)，基本上按照固定電價(jià)的模式確定了一地一價(jià)的風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)，為穩(wěn)

32、定風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)揮了積極的作用。同時(shí)中國(guó)政府還在進(jìn)出口關(guān)稅、增值稅等稅收優(yōu)惠以及財(cái)政補(bǔ)貼等方面，對(duì)風(fēng)電發(fā)展給予支持。</p><p>　　外資企業(yè)開發(fā)中國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)的障礙減少：中國(guó)政府為外資企業(yè)進(jìn)入中國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)創(chuàng)造了較好的條件。雖然風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目規(guī)定了風(fēng)機(jī)零部件的國(guó)產(chǎn)化比率，但這同時(shí)也鼓勵(lì)了外資企業(yè)在國(guó)內(nèi)投資建廠，享受與中國(guó)本土企業(yè)相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)環(huán)境，并憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)主要的市場(chǎng)份額。目前，除大型裝備制造企業(yè)，如維斯

33、塔斯、歌美颯、蘇司蘭、通用電氣、安迅能、西門子等，一些外資風(fēng)電開發(fā)商也開始進(jìn)軍國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，發(fā)展勢(shì)頭良好， 如安粹風(fēng)能（Airtricity）。同時(shí)，中國(guó)政府一貫支持在技術(shù)研發(fā)、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的國(guó)際合作，努力創(chuàng)造良好的國(guó)際投資環(huán)境。從地域分布來(lái)看，全國(guó)風(fēng)電容量超過(guò)20萬(wàn)千瓦的省份超過(guò)了12個(gè)，其中，內(nèi)蒙古一枝獨(dú)秀，累計(jì)風(fēng)機(jī)安裝容量超過(guò)了150萬(wàn)千瓦，緊隨其后的是吉林、遼寧和河北，也都超過(guò)了50萬(wàn)千瓦（表1.1）。</p><

34、p>　　表1.1 我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)分布</p><p>　　1.1.3 重點(diǎn)區(qū)域</p><p>　　中國(guó)的風(fēng)電資源分布不平衡，主要的資源分布在北部和沿海地區(qū)，各省市之間資源也不平衡，風(fēng)能分布比較豐富的省、市、自治區(qū)主要有內(nèi)蒙古、新疆、河北、吉林、遼寧、黑龍江、山東、江蘇、福建和廣東等，有望超過(guò)1 000萬(wàn)千瓦的省區(qū)主要有內(nèi)蒙古、河北、吉林、甘肅、江蘇和廣東等，現(xiàn)分述如下。</p&

35、gt;<p><b>　　A：內(nèi)蒙古自治區(qū)</b></p><p>　　風(fēng)能資源：10米高度風(fēng)功率密度大于150瓦/ 平方米的面積約10.5萬(wàn)平方千米，技術(shù)可開發(fā)量約1.5億千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在東起呼倫貝爾西到巴彥淖爾廣袤的草原和臺(tái)地上。最早的風(fēng)電場(chǎng)建在蘇尼特右旗的朱日和，1989年安裝了從美國(guó)引進(jìn)的單機(jī)100 千瓦的變槳距下風(fēng)式機(jī)組，20 世紀(jì)90 年代中期重點(diǎn)

36、開發(fā)察右中旗的輝騰錫勒風(fēng)電場(chǎng)，主要是從丹麥、德國(guó)和美國(guó)進(jìn)口的機(jī)組，到2004年年底裝機(jī)約6.9萬(wàn)千瓦。2004年以后內(nèi)蒙古東部加快風(fēng)電發(fā)展，相繼建成幾個(gè)超過(guò)10萬(wàn)千瓦的風(fēng)電場(chǎng)，如克什克騰旗的賽罕壩和翁牛特旗的孫家營(yíng)。2007年年底內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到了158萬(wàn)千瓦，形成了塞罕壩、輝騰梁和輝騰錫勒三大風(fēng)電基地，三者均有可能在2008 年年底成為裝機(jī)容量達(dá)到100萬(wàn)千瓦、2020 年達(dá)到1 000萬(wàn)千瓦的特大型風(fēng)電基地。</p

37、><p><b>　　B：吉林省</b></p><p>　　風(fēng)能資源：10米高度風(fēng)功率密度大于150瓦/ 平方米的面積約511平方千米，技術(shù)可開發(fā)量上千萬(wàn)千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在西部的白城、通榆、長(zhǎng)嶺和雙遼等地。1999年，在通榆的更生屯建設(shè)第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，引進(jìn)西班牙和德國(guó)的機(jī)組。隔了5年之后才在白城建第二個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，以后迅速發(fā)展，2004年龍?jiān)措娏瘓F(tuán)公司和華能

38、新能源公司同時(shí)中標(biāo)通榆風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目，各開發(fā)20萬(wàn)千瓦的規(guī)模，由于共用一個(gè)位于東新榮村的場(chǎng)內(nèi)變電站，總裝機(jī)40萬(wàn)千瓦可能成為全國(guó)最大的風(fēng)電場(chǎng)。2007 年年底，吉林風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到62.83萬(wàn)千瓦，占全國(guó)裝機(jī)總?cè)萘康?0.42%，居全國(guó)第二位。吉林省人民政府也在積極開發(fā)千萬(wàn)千瓦級(jí)別的風(fēng)電基地，期望繼續(xù)保持風(fēng)電發(fā)展的良好勢(shì)頭。</p><p><b>　　D：河北省</b></p&g

39、t;<p>　　風(fēng)能資源：10米高度風(fēng)功率密度大于150瓦/ 平方米的面積約7 378 平方千米，技術(shù)可開發(fā)量約4 000多萬(wàn)千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在河北省北部的張家口市壩上地區(qū)和承德市的圍場(chǎng)縣和豐寧縣，沿海岸線的黃驊港附近風(fēng)能資源也較為豐富。1996年在張北縣的“壩頭”茴菜梁村附近建設(shè)了第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝了從丹麥、德國(guó)和美國(guó)進(jìn)口的機(jī)組，裝機(jī)容量近1萬(wàn)千瓦。2001年起，承德市圍場(chǎng)縣開始建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，全部采用金風(fēng)公

40、司的國(guó)產(chǎn)機(jī)組，有一部份在當(dāng)?shù)芈』h組裝，2006年年底圍場(chǎng)縣紅松洼風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量達(dá)到10.6萬(wàn)千瓦。</p><p>　　2007年年底，河北省風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到53萬(wàn)千瓦，主要分布在張家口和承德兩地。累計(jì)裝機(jī)總?cè)萘烤尤珖?guó)第三位。其張北和壩上地區(qū)，可望在2010年成為裝機(jī)容量達(dá)到100萬(wàn)千瓦、2020年達(dá)到1 000萬(wàn)千瓦的特大型風(fēng)電基地。</p><p><b>　　E：甘肅&l

41、t;/b></p><p>　　甘肅地處河西走廊，10米高度風(fēng)功率密度大于150 瓦/ 平方米的面積約3萬(wàn)平方千米，技術(shù)可開發(fā)量上億千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在安西、酒泉等與新疆和內(nèi)蒙古接壤的具有加大風(fēng)速地形條件的地域。</p><p>　　甘肅雖然發(fā)展風(fēng)電起步較晚，卻大有后發(fā)制人之勢(shì)。2007 年年底，甘肅風(fēng)電裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到40.8萬(wàn)千瓦，躍居全國(guó)第五位。甘肅省率先啟動(dòng)了全國(guó)第

42、一個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電項(xiàng)目，并且在第五次風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)中，一次性確定了21個(gè)風(fēng)電場(chǎng)工程項(xiàng)目，總?cè)萘窟_(dá)到了400萬(wàn)千瓦，成為世界上最大的風(fēng)電項(xiàng)目。通過(guò)歷次特許權(quán)招標(biāo)，甘肅形成了獨(dú)特的風(fēng)電電價(jià)制度，基本上實(shí)現(xiàn)了一省一價(jià)。因此，甘肅有望成為繼內(nèi)蒙古之后我國(guó)最大的風(fēng)電開發(fā)區(qū)。</p><p>　　F：新疆維吾爾自治區(qū)</p><p>　　風(fēng)能資源：新疆地區(qū)，10米高度風(fēng)功率密度大于150瓦/平方米的面

43、積約8萬(wàn)平方千米，技術(shù)可開發(fā)量上億千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在達(dá)坂城、小草湖和阿拉山口等具有加大風(fēng)速地形條件的地域。</p><p>　　新疆是我國(guó)最早大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的省區(qū)，1986 年就在達(dá)坂城附近安裝了幾臺(tái)從丹麥引進(jìn)的機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)；1989 年利用丹麥政府贈(zèng)款項(xiàng)目建設(shè)第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，共有13臺(tái)150千瓦機(jī)組，裝機(jī)容量達(dá)1 950千瓦，是當(dāng)時(shí)全國(guó)規(guī)模最大的。新疆為并網(wǎng)風(fēng)電成為電力工業(yè)新的電源起到重要示范作用

44、。直到2001 年新疆的風(fēng)電裝機(jī)容量在全國(guó)都居于首位，后來(lái)由于電網(wǎng)容量的限制，制約了風(fēng)電的發(fā)展。</p><p>　　2007年年底，新疆風(fēng)電裝機(jī)容量29.76萬(wàn)千瓦，主要集中在達(dá)坂城地區(qū)，其余2 000 多千瓦分別在布爾津和阿拉山口。新疆正在開發(fā)吐哈風(fēng)電，打造千萬(wàn)千瓦的風(fēng)電基地，預(yù)計(jì)可望與甘肅酒泉地區(qū)的千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地一起，成為風(fēng)電西電東送的源頭。</p><p><b>　　

45、G：江蘇省</b></p><p>　　風(fēng)能資源：江蘇省風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為3 469萬(wàn)千瓦，風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)區(qū)域面積約為1 505 平方千米，包括近海灘涂地區(qū)，技術(shù)可開發(fā)量可達(dá)上千萬(wàn)千瓦。全省風(fēng)能資源分布自沿海向內(nèi)陸遞減，沿海及太湖地區(qū)風(fēng)能資源較為豐富，尤其是沿海岸地區(qū)，而內(nèi)陸地區(qū)風(fēng)能資源相對(duì)貧乏，風(fēng)能資源有明顯的東、西部差異。</p><p>　　江蘇省風(fēng)電發(fā)展迅速，2003

46、 —2005 年，連續(xù)三年參加國(guó)家風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)，總招標(biāo)規(guī)模為45萬(wàn)千瓦，另外有4個(gè)裝機(jī)容量為20萬(wàn)千瓦的風(fēng)電場(chǎng)參照特許權(quán)風(fēng)電場(chǎng)的條件進(jìn)行開發(fā)。截至2007 年年底，江蘇省已安裝了188臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為29.6萬(wàn)千瓦。江蘇率先提出了建設(shè)1 000萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地的設(shè)想，尤其是在近海風(fēng)電開發(fā)方面江蘇具有優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　預(yù)計(jì)到2020年，可再生能源總投資將達(dá)到3 萬(wàn)億元，其中用于風(fēng)電的投資約為900

47、0億元。根據(jù)目前的發(fā)展速度，到2020年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1億千瓦。屆時(shí)，風(fēng)電將成為火電、水電以外的中國(guó)第三大電力來(lái)源，而中國(guó)也將成為全球風(fēng)能開發(fā)第一大國(guó)[1]。</p><p>　　1.2 國(guó)外風(fēng)電狀況</p><p>　　1997年全球風(fēng)電裝機(jī)容量只有7000兆瓦，到2007年已達(dá)到9萬(wàn)兆瓦。近5年來(lái)，風(fēng)電在新能源和可再生能源中增長(zhǎng)最快，年均達(dá)40％。美國(guó)、意大利和德國(guó)年均增長(zhǎng)更

48、高達(dá)50％以上。預(yù)計(jì)到2010年世界風(fēng)電裝機(jī)總量將達(dá)16萬(wàn)兆瓦，2020年達(dá)125萬(wàn)兆瓦，將為世界提供約12％的電力，同時(shí)減少二氧化碳排放近110億噸。</p><p>　　隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟，依靠風(fēng)力發(fā)電來(lái)增加能源供應(yīng)的方式越來(lái)越受到世界各國(guó)的青睞。以歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家為代表，全球風(fēng)電呈現(xiàn)出了規(guī)?；l(fā)展態(tài)勢(shì)。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）統(tǒng)計(jì)資料，2007年全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量2 000萬(wàn)千瓦，分布在全球70 多

49、個(gè)國(guó)家和地區(qū)，其中，排在前五位的是美國(guó)（520 萬(wàn)千瓦）、西班牙（350萬(wàn)千瓦）、中國(guó)（330萬(wàn)千瓦）、印度（170萬(wàn)千瓦）、德國(guó)（166萬(wàn)千瓦）。在歐洲和美國(guó)，新增風(fēng)電裝機(jī)容量在近幾年成為僅次于新增天然氣發(fā)電裝機(jī)容量的第二大新增電源。此外，2007 年，英國(guó)、意大利、法國(guó)、葡萄牙、波蘭、埃及、摩洛哥、伊朗、智利、新西蘭等國(guó)家在發(fā)展風(fēng)電方面也有很好的表現(xiàn)。2003 — 2007 年，全球風(fēng)電平均增長(zhǎng)率為24.7%，總裝機(jī)容量目前累計(jì)達(dá)到

50、9 400萬(wàn)千瓦。2007年，全球大約生產(chǎn)了2 000億千瓦時(shí)風(fēng)電電力，約占全球電力供應(yīng)的1%。</p><p>　　世界風(fēng)能協(xié)會(huì)全球產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書指出，按照累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量數(shù)據(jù)排名，全球前十個(gè)國(guó)家依次是：德國(guó)（2 230萬(wàn)千瓦）、美國(guó)（1 690萬(wàn)千瓦）、西班牙（1 470萬(wàn)千瓦）、印度（780萬(wàn)千瓦）、中國(guó)（590萬(wàn)千瓦）、丹麥（310萬(wàn)千瓦）、意大利（270萬(wàn)千瓦）、法國(guó)（250萬(wàn)千瓦）、英國(guó)（240萬(wàn)千瓦）和

51、葡萄牙（220萬(wàn)千瓦）；前十名國(guó)家累計(jì)裝機(jī)容量8 100萬(wàn)千瓦，占全球的86%。其中，美國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量連續(xù)3年排名世界第一，2007年新增5244兆瓦，同比增加45％, 占當(dāng)年美國(guó)新增發(fā)電裝機(jī)總量的30％，能滿足150萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭生活用電。歐洲國(guó)家中德國(guó)是發(fā)展和利用風(fēng)能較早的國(guó)家，自上世紀(jì)90年代以來(lái)，德國(guó)共建立了6600多座風(fēng)電站，并以年均30%的速度增長(zhǎng)。丹麥靠近北海，是多風(fēng)之國(guó)，也是最早發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的國(guó)家。最近10年，丹麥風(fēng)力

52、發(fā)電的年均增長(zhǎng)也在30%以上。亞洲、拉美落后于北美和歐洲。日本、印度、中國(guó)、巴基斯坦、泰國(guó)、印尼、韓國(guó)和菲律賓等國(guó)家，最近5年在風(fēng)能開發(fā)方面的投資也有較大增長(zhǎng)。拉美是近年來(lái)世界上風(fēng)能開發(fā)利用進(jìn)展較快的地區(qū)，巴西、阿根廷、智利、委內(nèi)瑞拉和巴拉圭，近5年風(fēng)能開發(fā)投資</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展在全球催生了一個(gè)龐大的新產(chǎn)業(yè)。目前全球風(fēng)電市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)370億美元。隨著技術(shù)進(jìn)步和風(fēng)電場(chǎng)的擴(kuò)大，風(fēng)電成本得以持續(xù)降低

53、。研究顯示，風(fēng)電成本的下降，40％依賴技術(shù)進(jìn)步，60％源于效率提高，包括單機(jī)容量擴(kuò)大和規(guī)?；\(yùn)營(yíng)。目前2—3兆瓦的風(fēng)電機(jī)組已廣泛使用，5兆瓦的風(fēng)電機(jī)組也已投入運(yùn)行。為了進(jìn)一步降低成本，提高效率和可靠性、延長(zhǎng)壽命，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了許多新理念、新工藝、新材料和新技術(shù)，一大批風(fēng)電設(shè)備企業(yè)嶄露頭角，如丹麥維斯塔斯，西班牙歌美颯、Acciona，美國(guó)通用電氣，德國(guó)Enercon、西門子、Nordex、Repower，印度蘇司蘭和中國(guó)的金風(fēng)公

54、司等。作為世界最大的風(fēng)電設(shè)備提供商，這10家公司占據(jù)了90％以上的市場(chǎng)份額。</p><p>　　風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在全球迅猛發(fā)展，離不開各國(guó)政府的大力扶持，各國(guó)政府在促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。例如，丹麥Risoe國(guó)家實(shí)驗(yàn)室自上世紀(jì)70年代以來(lái)，積極促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)的研究、推廣和科技成果的轉(zhuǎn)移，還對(duì)新型風(fēng)機(jī)項(xiàng)目提供融資和貸款擔(dān)保，降低了使用丹麥風(fēng)電設(shè)備建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，有力地推舉了維斯塔斯、Bonus等企業(yè)

55、的騰飛；德國(guó)政府也自上世紀(jì)80年代開始，持續(xù)支持風(fēng)電示范項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)所采用風(fēng)電機(jī)組提供10年稅收返還政策；美國(guó)1978年通過(guò)“公共事業(yè)管理法”，對(duì)風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的投資實(shí)行抵稅政策；1992年，美國(guó)政府又頒布“能源法”，由投資抵稅變?yōu)榘l(fā)電量抵稅，鼓勵(lì)企業(yè)增加發(fā)電量；發(fā)展中大國(guó)印度對(duì)風(fēng)力發(fā)電更是青睞有加，專門成立了非常規(guī)能源部和再生能源投資公司，為新能源的開發(fā)提供低息貸款，并實(shí)行電價(jià)優(yōu)惠。</p><p>　　

56、經(jīng)過(guò)30 年的努力，隨著市場(chǎng)不斷擴(kuò)展，風(fēng)電的成本也大幅度下降，每千瓦時(shí)風(fēng)電成本由20世紀(jì)80年代初的20美分下降到2007年的4～6美分。在風(fēng)能資源較好的地方，風(fēng)電完全可以和燃煤電廠競(jìng)爭(zhēng)，在某些地區(qū)甚至可以與燃?xì)怆娏ζ?。值得注意的是，在?jīng)濟(jì)性不斷改善以及多重政策激勵(lì)作用下，歐洲2007年新增電源中風(fēng)電首次超過(guò)天然氣發(fā)電，成為第一大電源（圖1-2）；美國(guó)2007年新增的風(fēng)電裝機(jī)也僅次于氣電，位居第二。盡管發(fā)展風(fēng)電仍然存在著這樣那樣的難度

57、，如電網(wǎng)適應(yīng)能力、風(fēng)能資源預(yù)報(bào)水平、海上風(fēng)電發(fā)展等，但在市場(chǎng)穩(wěn)步擴(kuò)大、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成熟度不斷提升、與常規(guī)能源相比的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)逐步凸顯，特別是政策環(huán)境前景非常明朗的情況下，世界各國(guó)都對(duì)風(fēng)電發(fā)展充滿了信心。例如，歐美都公布了2030 年風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)，提出了2030年風(fēng)電滿足20% 甚至更多電力需求的宏大目標(biāo)，屆時(shí)都將發(fā)展到約3億千瓦的規(guī)模，這也為全球風(fēng)電的長(zhǎng)期發(fā)展定下了基調(diào)。國(guó)際能源署（IEA）2008年頒布的《2050年能源技術(shù)情景》判斷，

58、2010—2050年，全球風(fēng)電平均每年增加7 000萬(wàn)千瓦，風(fēng)電將成為一個(gè)龐大的新興電力市場(chǎng)。</p><p>　　圖1.2 歐盟2007年新增電力構(gòu)成</p><p>　　1.3 大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響</p><p>　　電力系統(tǒng)主要由發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)、用戶及各級(jí)控制保護(hù)裝置組成。電力系統(tǒng)在一定電壓和一定頻率下運(yùn)行。一般來(lái)講，無(wú)功功率的平衡與系統(tǒng)電

59、壓緊密相關(guān)，有功功率的平衡和系統(tǒng)頻率緊密相關(guān)。風(fēng)速波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)，引起系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率的變化。如果把風(fēng)電功率看作負(fù)的負(fù)荷，其與負(fù)荷的波動(dòng)疊加在一起可以構(gòu)成等值負(fù)荷波動(dòng)曲線。大規(guī)模風(fēng)電接人引起的主要問(wèn)題：</p><p>　　1.3.1 電壓穩(wěn)定性問(wèn)題</p><p>　　大型風(fēng)電場(chǎng)及其周圍地區(qū), 常常會(huì)有電壓波動(dòng)大的情況, 主要有以下三種。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí),仍然會(huì)產(chǎn)生

60、較大的沖擊電流。單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓的沖擊相對(duì)較小, 但并網(wǎng)過(guò)程至少持續(xù)一段時(shí)間后(約幾十秒)才消失。多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同時(shí)直接并網(wǎng)會(huì)造成電網(wǎng)電壓驟降, 因此多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)需分組進(jìn)行, 且要有一定的間隔時(shí)間。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速或發(fā)生故障時(shí), 風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)從額定出力狀態(tài)自動(dòng)退出并網(wǎng)狀態(tài), 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的脫網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的突降, 而機(jī)端較多的電容補(bǔ)償由于抬高了脫網(wǎng)前風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行電壓,引起了電網(wǎng)電壓的急劇下降。</p&

61、gt;<p>　　1.3.2 暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題</p><p>　　電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件是所有發(fā)電機(jī)保持同步。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析就是分析遭受大干擾后系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)維持同步運(yùn)行的能力。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，定速風(fēng)電機(jī)組和雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組本身不存在暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題，但是對(duì)于有大量風(fēng)電的系統(tǒng)，因?yàn)榇罅啃T量的風(fēng)電機(jī)組代替了常規(guī)機(jī)組，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性也發(fā)生了一些變化。大量文獻(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的模型進(jìn)行了研究，表明定速風(fēng)

62、電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)的功率震蕩有一定的阻尼作用，而變速風(fēng)電機(jī)組因?yàn)樽兞髌鞯淖饔?，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率解耦，阻尼作用被減弱了。另外，系統(tǒng)故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組可能因?yàn)殡妷涸较藁蜣D(zhuǎn)速越限，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作而跳閘。這就是說(shuō)，系統(tǒng)可能遭受失去大量風(fēng)電功率的第二次沖擊。系統(tǒng)可用SVC和STATCOM來(lái)提高風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力（LVRT），防止機(jī)組跳閘；同時(shí)可用槳距角調(diào)節(jié)來(lái)提高風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越能力，和通過(guò)改變轉(zhuǎn)子回路勵(lì)磁方式來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的功能。</p

63、><p>　　1.3.3 頻率穩(wěn)定問(wèn)題</p><p>　　大型電網(wǎng)具有足夠的備用容量和調(diào)節(jié)能力, 風(fēng)電進(jìn)入, 一般不必考慮頻率穩(wěn)定性問(wèn)題, 但是對(duì)于孤立運(yùn)行的小型電網(wǎng), 風(fēng)電帶來(lái)的頻率偏移和穩(wěn)定性問(wèn)題是不容忽視的。</p><p>　　為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行, 電網(wǎng)正常應(yīng)留有2%～ 3%的機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用容量。由于風(fēng)電具有隨機(jī)波動(dòng)特性, 其發(fā)電出力隨風(fēng)力大小變化, 為保證

64、正常供電, 電網(wǎng)需根據(jù)并網(wǎng)的風(fēng)電容量增加相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用容量, 風(fēng)電上網(wǎng)越多, 旋轉(zhuǎn)備用容量也越多。陜西是以火電為主的電網(wǎng), 火電機(jī)組的頻繁啟停費(fèi)用較高, 一臺(tái)50 MW機(jī)組啟停一次將消耗約5萬(wàn)元成本。為了滿足風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行, 必須以降低網(wǎng)內(nèi)其他電廠和整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性作為代價(jià)。</p><p>　　1.3.4 電能質(zhì)量問(wèn)題</p><p>　　風(fēng)電機(jī)組的一些固有特性，如風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)

65、、葉片重力偏差以及偏航誤差和風(fēng)速的波動(dòng)等，會(huì)造成風(fēng)電場(chǎng)的電壓波動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)可察覺(jué)的閃變。變速風(fēng)電機(jī)組的變流器運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生一定的諧波。風(fēng)電功率的波動(dòng)會(huì)引起電壓變動(dòng)和電壓偏差。在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)置合理的電容器組(或電抗器組)，可以抑制電壓變動(dòng)和電壓偏差。風(fēng)電場(chǎng)功率因數(shù)角與網(wǎng)絡(luò)阻抗角的差趨于9O度時(shí)，電壓變動(dòng)將最小，閃變也減小。因此，對(duì)于閃變較為嚴(yán)重的情況，可以在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)置快速的無(wú)功調(diào)節(jié)裝置，如SVC或STATCOM，控制網(wǎng)絡(luò)阻抗角和功率因數(shù)角的差值

66、，從而達(dá)到減少閃變，提高電能質(zhì)量的目的。</p><p><b>　　2 發(fā)電系統(tǒng)</b></p><p>　　一、根據(jù)旋轉(zhuǎn)類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為同步機(jī)和異步機(jī):</p><p>　　異步型：(1)籠型異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)：功率為600/125kW 750kW 800kW 12500kW，定子向電網(wǎng)輸送不同功率的50Hz交流電；(2)雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)

67、：功率為1500kW定子向電網(wǎng)輸送50Hz交流電，轉(zhuǎn)子由變頻器控制，向電網(wǎng)間接輸送有功或無(wú)功功率。</p><p>　　同步型：永磁同步發(fā)電機(jī)：功率為750kW 1200kW 1500kW 由永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng),定子輸出經(jīng)全功率整流逆變后向電網(wǎng)輸送50Hz交流電</p><p>　　二、根據(jù)葉片形式的不同，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為以下兩類：</p><p>　　（1）水平軸

68、 世界上目前利用最多的形式，功率最大5MW左右。圖2-1為一般水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2.1。</p><p>　　圖2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?）新型垂直軸</b></p><p>　　21世紀(jì)初由中國(guó)、日本、歐洲幾乎同時(shí)發(fā)明的一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，有別于最早的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(達(dá)里厄型)，效率高于水

69、平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，無(wú)噪音和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，維護(hù)簡(jiǎn)單。已成為歐美市場(chǎng)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的首選。世界上目前最大功率是由上海模斯電子設(shè)備有限公司(MUCE)生產(chǎn)的50千瓦垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，日本最大功率30千瓦，英美國(guó)家生產(chǎn)的功率在1千瓦到10千瓦之間。</p><p>　　最近，國(guó)內(nèi)外多家公司提出了建造超大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的計(jì)劃(10MW)，此項(xiàng)計(jì)劃得到落實(shí)后，由于成本遠(yuǎn)低于目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，必將逐步取代水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，成為

70、世界新能源的主力軍[2]!</p><p><b>　　A：風(fēng)力機(jī)模型</b></p><p>　　風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率與風(fēng)速的關(guān)系為：</p><p><b>　　（1.1）</b></p><p>　　相應(yīng)的風(fēng)力機(jī)機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩方程為：</p><p><b>　?。?/p>

71、1.2）</b></p><p>　　為空氣密度；A是有效面積；是功率系數(shù)；是俯仰角；是尖速比（TSR）；；而是渦輪的轉(zhuǎn)子速度；為半徑的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；是風(fēng)速。</p><p>　　當(dāng)發(fā)電功率小于額定功率時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將有望捕獲盡可能多的風(fēng)能。達(dá)到額定功率以后，減少功率系數(shù)保持在額定功率。由貝茨理論，功率系數(shù)在0.59具有極大值。作為功率和俯仰角函數(shù)，具體的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按照以下

72、公式：</p><p><b>　　（1.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　B：傳動(dòng)系統(tǒng)模型</b></p><p>　　雙饋傳動(dòng)系統(tǒng)由五個(gè)部分組成：轉(zhuǎn)子，低速軸，齒輪箱，高速軸和發(fā)電機(jī)。在瞬態(tài)分析，8階模型包含完整的傳動(dòng)

73、系統(tǒng)，定子和轉(zhuǎn)子。普通兩軸傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)模擬了大慣性的影響，小慣性的低速渦輪轉(zhuǎn)子/集線器通過(guò)靈活的“軸”，連接到高速發(fā)電機(jī)/變速箱。</p><p>　　論文中，高速側(cè)運(yùn)用集中質(zhì)量法?？紤]扭轉(zhuǎn)角和機(jī)械角速度之間的關(guān)系，傳動(dòng)系的動(dòng)態(tài)模型可以表示如下</p><p><b>　　(1.5)</b></p><p>　　下標(biāo)‘'和‘'代

74、表渦輪端的參數(shù)和發(fā)電機(jī)端的參數(shù)。 是慣性時(shí)間常數(shù)；是轉(zhuǎn)子系數(shù)；風(fēng)力渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的相角； 和是機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩；ω是角速度；是同步角速度。</p><p>　　2.1 異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)</p><p>　　2.1.1 異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　異步發(fā)電機(jī)也稱為感應(yīng)發(fā)電機(jī)，可分為籠型和繞線兩種。</p><p>　　在定漿距并

75、網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，一般采用籠型異步發(fā)電機(jī)。籠型異步發(fā)電機(jī)定子由鐵心和定子繞組組成。轉(zhuǎn)子采用籠型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成，呈圓筒形，槽內(nèi)嵌入金屬（鋁或銅）導(dǎo)條。在鐵心兩端用鋁或銅端環(huán)將導(dǎo)線短接。轉(zhuǎn)子不需要外加勵(lì)磁，沒(méi)有集電環(huán)和電刷。</p><p>　　繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子導(dǎo)槽、鐵心與籠型異步發(fā)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子繞組電流通過(guò)集電環(huán)和電刷流入流出。</p><p>　　異步發(fā)電機(jī)定子繞組

76、為三相繞組，可采用星形或三角形連結(jié)，當(dāng)定子的三相繞組接到三相電壓時(shí)，可以產(chǎn)生固定速度的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，并且恒速運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)。</p><p>　　因風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)之間需要經(jīng)增速齒輪箱傳動(dòng)來(lái)提高轉(zhuǎn)速以達(dá)到適合異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。一般與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)為4極或6極發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須高于1500r

77、/min或1000r/min，才能運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，向電網(wǎng)輸送電能。</p><p>　　2.1.2 工作原理</p><p>　　根據(jù)電機(jī)學(xué)的理論，當(dāng)異步電機(jī)接入頻率恒定的電網(wǎng)上時(shí)，由定子三相繞組中電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)的頻率和電機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)，三者的關(guān)系為</p><p><b>　　（1.6）</b></p>

78、<p>　　式中 ――同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；</p><p>　　――電網(wǎng)頻率，單位為Hz；</p><p>　　――電機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)。</p><p>　　異步電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為，現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用表示，即</p><p><b>　　（1.7）</b>

79、</p><p>　　異步電機(jī)可以工作在不同的狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)（），電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率建立磁場(chǎng)，吸收有功功率將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；當(dāng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的拖動(dòng)下，以高于同步轉(zhuǎn)速時(shí)（），電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，阻礙電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)需從外部吸收無(wú)功電流建立磁場(chǎng)（如由電容提供無(wú)功電流），而將從風(fēng)力發(fā)電機(jī)中獲得機(jī)械能轉(zhuǎn)化

80、為電能提供給電網(wǎng)。此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為負(fù)值，一般其絕對(duì)值在2％～5％之間，并網(wǎng)運(yùn)行的較大容量異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般在（1～1.05）之間。</p><p>　　2.1.3 并網(wǎng)方式</p><p>　　風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要有三種：直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)和通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)。其中，采用晶閘管軟并網(wǎng)的異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電方案采用雙向晶閘管裝置來(lái)控制并網(wǎng)沖擊電流，較好地解決了大容量異步電機(jī)的并網(wǎng)

81、問(wèn)題，是現(xiàn)在大容量異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電的主流并網(wǎng)技術(shù)。</p><p><b>　　A：直接并網(wǎng)</b></p><p>　　風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)的條件有兩條：一是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致，即發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同；二是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速盡可能地接近于同步轉(zhuǎn)速。其中第一條必須嚴(yán)格遵守，否則并網(wǎng)后，發(fā)電機(jī)將處于電磁制動(dòng)狀態(tài)，在接線時(shí)應(yīng)調(diào)整好相序。第二條的要求

82、不是很嚴(yán)格，但并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的誤差越小，并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流越小，衰減的時(shí)間越短。</p><p>　　風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的直接并聯(lián)如圖2所示。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下啟動(dòng)后，通過(guò)增速齒輪箱將異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶到同步轉(zhuǎn)速附近（一般為98％～100％）時(shí)，測(cè)速裝置給出自動(dòng)并網(wǎng)信號(hào)，通過(guò)斷路器完成合閘并網(wǎng)過(guò)程。由于并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)本身無(wú)電壓，并網(wǎng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生5～6倍額定電流的沖擊電流，引起電網(wǎng)電壓下降

83、。因此這種并網(wǎng)方式只能用于異步發(fā)電機(jī)容量在千百瓦級(jí)以下，且電網(wǎng)的容量較大的場(chǎng)合。</p><p>　　圖2.2 異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　B：降壓并網(wǎng)</b></p><p>　　降壓并網(wǎng)是在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串聯(lián)電阻或電抗器，或者接入自耦變壓器，以降低并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流和電網(wǎng)電壓下降的幅度。發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將接入的電阻等

84、原件迅速地從電路中切除，以免消耗功率。這種并網(wǎng)方式的經(jīng)濟(jì)性較差，適用于幾百千瓦級(jí)以上，容量較大的機(jī)組。</p><p><b>　　C：晶閘管軟并網(wǎng)</b></p><p>　　晶閘管軟并網(wǎng)是在異步發(fā)電機(jī)的定子和電網(wǎng)之間每相串入一只雙向晶閘管，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)控制并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程。其并網(wǎng)過(guò)程如下：當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將發(fā)電機(jī)帶到同步轉(zhuǎn)速

85、附近時(shí)，在檢查發(fā)電機(jī)的相序和電網(wǎng)的相序相同后，發(fā)電機(jī)輸出端的斷路器閉合，發(fā)電機(jī)經(jīng)一組雙向晶閘管與電網(wǎng)相連，在微風(fēng)的控制下，雙向晶閘管的觸發(fā)延遲角由～逐漸打開，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則由～逐漸增大，通過(guò)電流反饋對(duì)雙向晶閘管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，將并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流限制在允許的范圍內(nèi)，從而異步發(fā)電機(jī)通過(guò)晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)。并網(wǎng)的瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束后，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)，利用一組斷路器將晶閘管短接，異步發(fā)電機(jī)的輸出電流將不經(jīng)

86、過(guò)雙向晶閘管，而是通過(guò)已閉合的斷路器流入電網(wǎng)。但在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，應(yīng)立即在發(fā)電機(jī)端并入功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，將發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)提高到0.95以上。</p><p>　　晶閘管軟并網(wǎng)對(duì)晶閘管器件和相應(yīng)的觸發(fā)電路提出了嚴(yán)格的要求，即要求器件本身的特性要一致、穩(wěn)定；觸發(fā)電路工作可靠，控制極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流一致；開通后晶閘管壓降相同。只有這樣才能保證每相晶閘管按控制要求逐漸開通，發(fā)電機(jī)的三相電流才能保證平衡。</p

87、><p>　　在晶閘管軟并網(wǎng)的方式中，目前觸發(fā)電路有移相觸發(fā)和過(guò)零觸發(fā)兩種。其中移相觸發(fā)的缺點(diǎn)是發(fā)電機(jī)中每相電流為正負(fù)半波和非正弦波，含有較多的奇次諧波分量，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，因此必須加以限制和消除；過(guò)零觸發(fā)是在沒(méi)定的周期內(nèi)，逐步改變晶閘管導(dǎo)通的周波數(shù)，最后實(shí)現(xiàn)全部導(dǎo)通，因此不會(huì)產(chǎn)生諧波污染，但電流波動(dòng)較大。</p><p><b>　　D：變速恒頻技術(shù)</b><

88、/p><p>　　變速恒頻是指發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，發(fā)出的電流通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q，使輸出頻率與電網(wǎng)頻率相同。</p><p>　　籠型異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)見圖2.2所示，其定子繞組通過(guò)AC－DC－AC變流器與電網(wǎng)相連，變速恒頻變換在定子電路中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的頻率隨著風(fēng)速的變化而變化，通過(guò)定子繞組和電網(wǎng)之間的變流器將頻率變化的電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率相同

89、的電能。這種方案雖然可以實(shí)現(xiàn)變速恒頻的目的，但因變頻器連在定子繞組中，變流器的容量要求與發(fā)電機(jī)的容量相同，整個(gè)系統(tǒng)的成本和體積增大，在大容量發(fā)電機(jī)組中難以實(shí)現(xiàn)。此外，籠型異步發(fā)電機(jī)需從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率來(lái)建立磁場(chǎng)，使電網(wǎng)的功率因數(shù)下降，需加電容補(bǔ)償裝置，其電壓和功率因數(shù)的控制也較困難。</p><p>　　缺點(diǎn)：異步發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)需要從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償裝置，電網(wǎng)接入端的功率因數(shù)將會(huì)

90、大幅下降，因而引起電壓偏低。</p><p>　　2.2 雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)（雙饋機(jī)）</p><p>　　2.2.1 雙饋發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　雙饋發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)帶有集電環(huán)和電刷。與繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)和同步電機(jī)不同的是，轉(zhuǎn)子側(cè)可以加入交流勵(lì)磁，既可以輸入電能也可以輸出電能，有異步機(jī)的某些特點(diǎn)，又有同步機(jī)的某些特點(diǎn)。</p>

91、;<p>　　雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)是由一臺(tái)帶集電環(huán)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)和變流器組成，變流器有AC-AC變流器、AC-DC-AC變流器及正弦波脈寬調(diào)制雙向變流器三種。AC-DC-AC變流器中的整流器通過(guò)集電環(huán)與轉(zhuǎn)子電路連接，將轉(zhuǎn)子電路中的交流電整流成直流電，經(jīng)平波電抗器濾波后再由逆變器 成交流電回饋電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的功率由兩部分組成，即直接從定子輸出的功率和通過(guò)逆變器從轉(zhuǎn)子輸出的功率。</p><

92、p>　　2.2.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理</p><p>　　雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖2.3所示，轉(zhuǎn)子由PWM變頻器勵(lì)磁，定子繞組直接與三相電網(wǎng)相連，雙PWM 變頻器可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，通過(guò)改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，可使定子頻率穩(wěn)定在電網(wǎng)頻率上，即：由文獻(xiàn)[3－5]</p><p><b>　?。?.1）</b></p>&l

93、t;p>　　式中 —— 電網(wǎng)頻率</p><p>　　—— 轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)角頻率</p><p>　　—— 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率</p><p><b>　　—— 極對(duì)數(shù)</b></p><p>　　當(dāng)與 旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)，式（2.1）取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。式（2.1）為風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)變速恒頻的依據(jù)。</p>

94、<p>　　轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的相序取決于的符號(hào)，次同步運(yùn)行時(shí)，</p><p>　　圖2.3 雙饋發(fā)電機(jī)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　相序?yàn)檎?，即轉(zhuǎn)子磁電勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向與其機(jī)械旋轉(zhuǎn)方向相同；超同步運(yùn)行時(shí)，相序?yàn)樨?fù)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向與其機(jī)械旋轉(zhuǎn)方向相反。恒壓控制可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組電流的幅值、相位并由其矢量方程來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙饋風(fēng)力發(fā)電空載并網(wǎng)是通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流，

95、進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值和相位來(lái)滿足并網(wǎng)條件，因而可在變速條件下實(shí)現(xiàn)柔性并網(wǎng)，使并網(wǎng)瞬間定子無(wú)沖擊電流產(chǎn)生。</p><p>　　2.2.3 dq 坐標(biāo)下雙饋機(jī)的矢量方程</p><p>　　根據(jù)三相靜止坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)d、q 坐標(biāo)系下DFIG 數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)出其并網(wǎng)前的簡(jiǎn)化形式，并采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下矢量形式的DFIG 模型來(lái)進(jìn)行分析與控制。若定轉(zhuǎn)子均為電動(dòng)機(jī)慣例，則其兩相同步模型為&

96、lt;/p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　定轉(zhuǎn)子的磁鏈方程為</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中 , , —— 互感和定、轉(zhuǎn)子電感</p><p><b>　　,

97、 </b></p><p>　　, —— 定、轉(zhuǎn)子漏感</p><p>　　, —— 定、轉(zhuǎn)子端電壓矢量</p><p>　　, —— 定、轉(zhuǎn)子繞組中的電流矢量</p><p>　　，—— 定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?lt;/p><p><b>　　令定子磁鏈?zhǔn)噶繚M足</b></p>

98、<p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　其中，</b>&

99、lt;/p><p><b>　　為電機(jī)的漏磁系數(shù)。</b></p><p>　　將式（2.4）、式（2.6）代入式（2.3），可得</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　穩(wěn)態(tài)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為恒定的電網(wǎng)電壓，其幅</p><p>　　值、頻率、相位皆不變

100、， 也是穩(wěn)定的，在此情況下，可將方程式（2.7）降階為方程式（2.8），即</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　上式可作為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī) DFIG 矢量控制的依據(jù)，按照不同的矢量定向就得到不同的矢量控制方案。</p><p>　　2.2.4 PWM結(jié)構(gòu)的主回路電路圖</p><p>　

101、　在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的有IGBT功率器件、網(wǎng)側(cè)輸入回路等效電感L和直流側(cè)電容容量等。IGBT是最直接的功率器件，其選取的好壞對(duì)控制系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重要影響。一般對(duì)IGBT功率器件的選擇遵循幾個(gè)方面的要求:(1)耐壓要求:主要考慮IGBT上的浪涌電壓不超過(guò)IGBT的集電極與發(fā)射極的額定電壓味；(2)電流要求:集電極峰值電流必須在IGBT開關(guān)安全工作區(qū)內(nèi)，即小于2倍的額定電流；3)散熱條件:在良好的冷卻條件小，可以選擇額定值較小的IGBT。鑒于

102、此，同時(shí)考慮價(jià)格因素，我們選擇德國(guó)EUPEC公司生產(chǎn)的IGBT(型號(hào)為BSM 75GB 120DN2），該IGBT最高耐壓值為1200V額定電流為105A，簡(jiǎn)單耐用，完全適合于實(shí)驗(yàn)條件下的控制研究。</p><p>　　圖2.4 PWM結(jié)構(gòu)的主回路電路圖</p><p>　　2.2.5 并網(wǎng)方式</p><p>　　雙饋異步發(fā)電機(jī)應(yīng)用在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)

103、與電網(wǎng)之間的連接是“柔性連接”。發(fā)電機(jī)的定子直接連接在電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)集電環(huán)經(jīng)變流器與電網(wǎng)相連，通過(guò)控制轉(zhuǎn)子電流的頻率、幅值、相位和相序?qū)崿F(xiàn)變速恒頻控制。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子中能量的雙向流動(dòng)，應(yīng)采用雙向變流器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，最新應(yīng)用的是雙PWM變流器，通過(guò)SPWM控制技術(shù)，可以獲得正弦波轉(zhuǎn)子電流，以減小發(fā)電機(jī)中的諧波轉(zhuǎn)矩，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)，變流器一般用微機(jī)控制。</p><p>　　雙饋異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)

104、過(guò)程是：風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)至接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由轉(zhuǎn)子回路中的變流器通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制實(shí)現(xiàn)電壓匹配、同步和相位的控制，以便迅速地并入電網(wǎng)，并網(wǎng)時(shí)基本上無(wú)電流沖擊。</p><p>　　雙饋異步發(fā)電機(jī)可通過(guò)勵(lì)磁電流的頻率、幅值和相位的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行下的恒頻及功率調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速及負(fù)載的變化而變化時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁電流頻率的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)輸出電能頻率的穩(wěn)到；改變勵(lì)磁電流的幅值和相位，可以改變發(fā)電機(jī)定子電動(dòng)

105、勢(shì)和電網(wǎng)電壓之間的相位角，即改變了發(fā)電機(jī)的功率角，從而實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。</p><p>　　由于這種變速恒頻方案是在轉(zhuǎn)子電路中實(shí)現(xiàn)的，流過(guò)轉(zhuǎn)子電路中的功率為轉(zhuǎn)差功率，一般只為發(fā)電機(jī)額定功率的1/4～1/3，因此變流器的容量可以較小，大大降低了變流器的成本和控制難度；定子直接連接在電網(wǎng)上，使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性和穩(wěn)定性。</p><p>　　發(fā)電機(jī)在并入電網(wǎng)之前，需要保證電

106、機(jī)定子端輸出的電壓在電壓幅值、相位、頻率與電網(wǎng)電壓保證一致，雙饋電機(jī)由于其變速恒頻的優(yōu)越性能及控制靈活的交流勵(lì)磁系統(tǒng)，使得在并網(wǎng)方面比傳統(tǒng)的異步電機(jī)和同步電機(jī)都靈活、方便。目前，并網(wǎng)型雙饋電機(jī)的并網(wǎng)方式主要有三種：空載并網(wǎng)、帶負(fù)載并網(wǎng)和“孤島”并網(wǎng)。其中，空載并網(wǎng)和帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)這兩種方式中，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變換器直接與電網(wǎng)相連，雙饋電機(jī)定子與電網(wǎng)經(jīng)過(guò)開關(guān)相連，而孤島并網(wǎng)方式則是定子與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變換器直接連接，再經(jīng)過(guò)開關(guān)連接到電網(wǎng)，電網(wǎng)經(jīng)過(guò)預(yù)充電

107、變壓器與直流母線電容連接。</p><p><b>　　A: 空載并網(wǎng)</b></p><p>　　空載并網(wǎng)方式其思路為：并網(wǎng)前空載，調(diào)節(jié)的定子空載電壓，使其與電網(wǎng)電壓在幅值、頻率及相位上相一致。</p><p><b>　　B: 獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)</b></p><p>　　獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式：并網(wǎng)前帶

108、負(fù)載運(yùn)行，根據(jù)電網(wǎng)信息對(duì)定子電壓、電流進(jìn)行控制，在滿足并網(wǎng)條件時(shí)進(jìn)行并網(wǎng)。獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式的特點(diǎn)是并網(wǎng)前已經(jīng)帶有獨(dú)立負(fù)載，定子有電流，因此并網(wǎng)控制所需要的信息不僅取自于電網(wǎng)側(cè)，同時(shí)還取自于定子側(cè)。</p><p>　　負(fù)載并網(wǎng)方式發(fā)電機(jī)具有一定的能量調(diào)節(jié)作用，可與風(fēng)力機(jī)配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，降低了對(duì)風(fēng)力機(jī)調(diào)速能力的要求，但控制較為復(fù)雜。</p><p><b>　　C: “孤島”并

109、網(wǎng)</b></p><p><b>　　可分3個(gè)階段：</b></p><p>　　(1)勵(lì)磁階段――從電網(wǎng)側(cè)引入一路預(yù)充電回路，接至交直交變流器的直流側(cè)，預(yù)充電回路由開關(guān)、預(yù)充電變壓器和直流充電器構(gòu)成。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定轉(zhuǎn)速要求之后，開關(guān)閉合，直流充電器通過(guò)預(yù)充電變壓器給交直交變流器的直流側(cè)充電。充電結(jié)束后,電機(jī)側(cè)變流器開始工作，供給雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁電