基于美國洛杉磯的風(fēng)電場設(shè)計

基于美國洛杉磯的風(fēng)電場設(shè)計風(fēng)電場的選址風(fēng)能的利用形式主要是將大氣運(yùn)動時所具有的動能轉(zhuǎn)化為其他的能源形式的影響，時空分布較為簡單。風(fēng)能的大小與氣流密度通過的面積及氣流速度的立方成正比，其中空氣密度、氣體速度隨地理位置、海拔、地形等因素變化。宏觀選址是在一個較大的地區(qū)內(nèi)選擇風(fēng)能利用效率較高的小區(qū)域及建設(shè)地點(diǎn)，可以作為可行性爭論的微觀選址依據(jù)。微觀選址需要對風(fēng)力資源、用戶需求、地理條件等多種因素進(jìn)展綜合分析，使風(fēng)電場發(fā)電量最大化。在本設(shè)計中，首先在NREL.gov網(wǎng)站上找出美國在不同高度處的大致風(fēng)速示意圖，找出風(fēng)力資源豐富、適合建立風(fēng)電場的地方。30m、50m、80m、100m處平均風(fēng)速分布圖如下所示：1.130m處平均風(fēng)速分布圖1.250m處平均風(fēng)速分布圖1.380m處平均風(fēng)速分布圖1.4100m處平均風(fēng)速分布圖選擇位于加利福尼亞州的洛杉磯，其50m處的具體風(fēng)速大小如下圖。1.550m處具體風(fēng)速分布圖80m9.2m/s697W/㎡，其余不同高度處具體風(fēng)速見附表。在不同年份所測點(diǎn)風(fēng)向、風(fēng)能頻率圖〔風(fēng)能玫瑰圖〕如以下圖所示。1.62023風(fēng)能玫瑰圖1.72023風(fēng)能玫瑰圖1.82023風(fēng)能玫瑰圖可知選址在洛杉磯，最正確風(fēng)能頻率方向?yàn)闁|北，春季與冬季的風(fēng)能尤為豐富，且2023及20232023冬季〔之后的風(fēng)能信息網(wǎng)上未公布〕的平均風(fēng)速都符合預(yù)期，屬于風(fēng)能資源豐富區(qū)，具有開發(fā)價值，可以在此處建立風(fēng)電場。141.009kg/m3。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選型及布局選型考慮因素風(fēng)輪輸出功率方式適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行要求風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行方式風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行方式分為變速運(yùn)行和恒速運(yùn)行最正確，從而最大限度的利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率。發(fā)電機(jī)類型無功功率才能正常運(yùn)行〔機(jī)端的電容補(bǔ)償只能削減從電力系統(tǒng)吸取無功功率的數(shù)量。雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)〔COSφ〕可以在＋0.95～－0.95之間變化，也就是說可以依據(jù)電網(wǎng)的需要發(fā)出或者吸取無功功率承受多極永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電機(jī)的尺寸和外徑相對較小，重量輕，易于運(yùn)輸。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動方式的設(shè)計本錢的同時有效地提高了系統(tǒng)的效率以及運(yùn)行牢靠性。風(fēng)機(jī)運(yùn)行牢靠性其表達(dá)式為：風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用率=運(yùn)行時間+非產(chǎn)品自身故障引起的停機(jī)時間×100%2-1運(yùn)行時間+累計停機(jī)時間輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系,在風(fēng)速較低時，輸出功率隨風(fēng)速的提高而變大。到達(dá)肯定值之后,功率不再隨風(fēng)速的提高而變化。,而應(yīng)當(dāng)查找風(fēng)力到達(dá)要求且風(fēng)能特性穩(wěn)定的地方。所以，山頂?shù)蕊L(fēng)速高但特性不穩(wěn)定的地形，不是風(fēng)機(jī)安裝的抱負(fù)位置。2.1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)動力曲線渦輪系數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的漩渦系數(shù)用以表征兩臺風(fēng)機(jī)同時運(yùn)行時對通過的風(fēng)力產(chǎn)生的旋渦效應(yīng)的正常工作產(chǎn)生不利的影響。2.1.2渦輪系數(shù)與風(fēng)速的關(guān)系風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型方案對當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的進(jìn)一步分析對洛杉磯該觀測點(diǎn)四周的風(fēng)能進(jìn)展進(jìn)一步分析。2023數(shù)據(jù)為主，不同季節(jié)的風(fēng)能玫瑰圖如以下圖所示。2023不同季節(jié)風(fēng)能玫瑰圖7.5m/s，6.6m/s，8.8m/s，10.6m/s，可知秋冬季節(jié)風(fēng)能資源〔具體數(shù)據(jù)見附表所示〕670m高度50年一遇最大風(fēng)速小于52.5m/s，60-70m高度15m/s0.1IEC標(biāo)準(zhǔn)選擇該風(fēng)電場屬于IECIII類風(fēng)電場。洛杉磯位于氣候溫順的地中海型氣候帶，因此不必考慮選用低溫型風(fēng)電機(jī)組。確定單機(jī)容量范圍條件下，單機(jī)容量越大，越有利于充分利用風(fēng)電場土地，越能充分利用風(fēng)電場的風(fēng)力資源，且經(jīng)濟(jì)性較高的機(jī)型。1500kW～2023kWIECⅢC類及以上等級要求的機(jī)組進(jìn)展比照和分析。風(fēng)電機(jī)組具體選型541500kW的機(jī)型，一種為單機(jī)容量為2023kW的機(jī)型，具體用WTG1500A、WTG1500B、WTG1500C、WTG1500D、WTG20015種風(fēng)機(jī)31500kW～2023kW77～93m3m/s，切出風(fēng)速22～25m/s10.3～11m/s52.5～59.5m/s65～80m。風(fēng)電機(jī)組性能各機(jī)型功率曲線通過以上對各機(jī)組標(biāo)況下的功率曲線可以看出：當(dāng)風(fēng)速在5～11m/s時，WTG1500D機(jī)組輸出額定功率的百分比最大，優(yōu)勢比較明顯，因此本文選擇WTG1500D機(jī)組作為所建風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組。風(fēng)電場布局及發(fā)電量估算布局考慮因素機(jī)組的布置按充分利用風(fēng)電場場址區(qū)的風(fēng)能資源置。一般狀況下布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時要充分考慮以下幾點(diǎn)：(1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組垂直于主導(dǎo)風(fēng)能方向排列；(2)充分利用風(fēng)電場的土地；(3)盡量減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間的相互影響、滿足風(fēng)電機(jī)組之間行、列距的要求，在主導(dǎo)風(fēng)向上要求機(jī)組間隔(行距)5～93～5倍；在多排布機(jī)時也可呈梅花型排列，即前后兩排相互穿插排列，削減尾流影響，如以下圖；3.1.1.風(fēng)電機(jī)組布置圖(4)度。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布置依據(jù)爭論成果以及以往工程閱歷，風(fēng)機(jī)尾流損失一般掌握在8%以內(nèi)。因此本階段風(fēng)機(jī)布置方案原則為，在保證尾流損失不超過8%的條件下，盡量將風(fēng)機(jī)布置在風(fēng)資源較好的山脊上。經(jīng)過屢次優(yōu)化計算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較后，本次風(fēng)機(jī)布置承受垂直于主風(fēng)向距離為851500kW18臺風(fēng)機(jī)，2023kW14臺風(fēng)機(jī)。WindFarmer進(jìn)展風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化布置，WindFarmer軟件利用風(fēng)譜化次數(shù)。對所選機(jī)型，得到最終布置方案如下表所示。表3.2.1最終布置方案編號位置〔X〕位置〔Y〕基面高度m編號〔X〕〔Y〕基面高度m156356848175731196105640224817199118025636744817746118711563845481703411913563454481740411991256457048174831174456333348172451201135644674817330117055639684817648118714564341481714211806563862481742511901556420048169901184756370048172751192165636744817745118785635324817126119717563458481750111989564170481736411821856320948172531205發(fā)電量估算量及單臺機(jī)組年發(fā)電量〔平均值。軟件計算得到的是理論發(fā)電量，應(yīng)做出修正后，得出實(shí)機(jī)型。3.3.1機(jī)型參數(shù)比照表機(jī)型WTG1500AWTG1500BWTG1500CWTG1500DWTG2023單機(jī)容量〔kW〕15001500150015002023輪轂高度〔m〕6565757080裝機(jī)臺數(shù)〔臺〕1818181813裝機(jī)容量〔MW〕99999999100理論年發(fā)電量〔kWh〕8061.448298.939207.989438.879824.75尾流損失〔%〕55.15.14尾流折減后年發(fā)電量7658.367883.988747.588966.939333.51由表中數(shù)據(jù)，折減尾流影響后五種機(jī)型的年發(fā)電量分別為7658.36kWh、7883.98kWh、8747.58kWh8966.93kWh9333.51kWhWTG1500D的年發(fā)電量雖然不是最大的，但綜合來說優(yōu)勢明顯。風(fēng)電場電氣局部設(shè)計接元件總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)、系統(tǒng)穩(wěn)定等要求進(jìn)展。電氣主接線的設(shè)計按用戶站考慮，力求接線簡潔。應(yīng)綜合考慮供電牢靠、運(yùn)行敏捷、操作檢修便利、節(jié)約投資氣主接線。風(fēng)電場的接線示意圖見以下圖：4.1.1風(fēng)電場的接線示意圖一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出口電壓為690V，假設(shè)直接接入風(fēng)電場的中心升壓站，則電纜的截面過大，無法滿足現(xiàn)場的安裝要求，而且電能損耗太大。為了便于現(xiàn)場安裝，削減電能損耗，須10kV35kV才能接入中心升壓站。風(fēng)電場高壓側(cè)主接線升壓后的電能，通過集電線路集合送至中心升壓站后，二次升壓送入電力系統(tǒng)。風(fēng)電場升壓站高壓側(cè)配電裝置的根本接線方案主要有變壓器—線路單元接線和單母線兩種形式。集合單個風(fēng)電場電能的升壓站宜承受變壓器—線路單元接線和單母線兩種形式。集合多個風(fēng)電場電能集中送出的升壓站或兼有風(fēng)電集合及風(fēng)電升壓功能的升壓站宜承受單為一機(jī)一變的單元接線方式。風(fēng)電場低壓側(cè)主接線風(fēng)電場升壓站低壓側(cè)(35kV或10kV)接線一般是單母線分段，分段數(shù)宜與主變壓器臺數(shù)的送出，另外在小風(fēng)月也可用來使空載主變退出運(yùn)行，以節(jié)約一臺主變的空載損耗。風(fēng)電場場用電主接線機(jī)組。場用電系統(tǒng)應(yīng)承受三相四線制，系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地，系統(tǒng)額定電壓380/220V。一般狀況下，220kV升壓站場用電系統(tǒng)實(shí)行單母線分段接線，110kV升壓站場用電系統(tǒng)承受單母線接線。因此，本案例選用單母線接線。集電線路的設(shè)計對于集電線路的電壓選擇應(yīng)依據(jù)風(fēng)電場規(guī)模及接入條件等要素因地制宜確定35kV電壓等級。風(fēng)機(jī)容量小、塔位距升壓站較近或地方用電負(fù)荷較大應(yīng)承受分布式接入系統(tǒng)，集電線路可承受10kV電壓等級。風(fēng)電場集電線路一般狀況下優(yōu)先承受架空線路，當(dāng)受地形地物等約束條件限制時，如林區(qū)、魚池、大路、其他電力線路等，宜承受電纜線路。風(fēng)電場架空線路的導(dǎo)線可承受鋼芯鋁絞線，地線可承受鍍鋅鋼絞線。35kV線路全線安裝架空地線。10kV則視其風(fēng)電場雷電活動狀況而定。集電線路路徑應(yīng)綜合考慮機(jī)位分布、運(yùn)行、施工、交通條件及路徑長度等因素，進(jìn)展多方案的比較，做到經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。在政府規(guī)劃許可時，丘陵山地和荒漠平原地區(qū)一般應(yīng)承受架空線路。海岸灘涂、河網(wǎng)、泥沼地區(qū)可承受架空線路與地埋電纜相結(jié)合的型式。風(fēng)電場內(nèi)架空光纜可承受ADSS全介質(zhì)自承式光纜線路或OPGW不另設(shè)單獨(dú)架空光纜線路。對于本案例，假設(shè)選擇架空線，35kV2～3回線、10kV6～818臺于地中海氣候，且靠海較近，承受架空線方案，鐵塔的要求較高，造價也增加較大，導(dǎo)線的牢靠性也有所下降。承受電纜，由于埋設(shè)在地下，不受四周環(huán)境影響，牢靠性較高，但電纜一樣截面導(dǎo)線載流量比架空線小得多，如本文承受電纜，35kV5回線、10kV11回線18臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電力全部送到升壓站。綜合牢靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，選擇電纜方案。主要設(shè)備選型風(fēng)電場主要設(shè)備包括風(fēng)電機(jī)組、主變壓器、箱變、無功補(bǔ)償裝置及35kV〔10kV〕側(cè)中擇。主變壓器的選型〔1011型風(fēng)冷/S10(100MVA以下)。本案例的主變壓器選用三相、雙繞組、低損耗〔S11型、低噪音、免維護(hù)、有載調(diào)壓電力變壓器，型號為SZ11-50000/110，接線組別為YNd11，冷卻方式為自冷。箱變的選擇1500kW1500kW(S11型)產(chǎn)品。按機(jī)組功率因數(shù)cosф=0.95滯后)運(yùn)行時的發(fā)出容量配置箱變，分接頭在高壓繞組上，承受無勵磁調(diào)壓方式。通常承受Ue±2×2.5%。選擇變壓器短路阻抗時，盡可能選用變壓器的標(biāo)準(zhǔn)阻抗值。箱式變電站的變壓器容量為2105kVA18臺箱式變電站。無功補(bǔ)償裝置的選型降的重量。當(dāng)風(fēng)電場的功率因數(shù)不同以及輸電線路的電阻/電抗比值不同時，風(fēng)電場的端電壓最大值對應(yīng)的有功功率也不同，無功功率是隨有功功率的變化成平方關(guān)系變化的。支撐，將導(dǎo)致端電壓降低或上升，嚴(yán)峻時將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。在風(fēng)電容量較高的電網(wǎng)，將靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定等。要