風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的認知

項目一風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的認知任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知下一頁項目一風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的認知任務(wù)五風(fēng)力發(fā)電機組的蓄能裝置認知任務(wù)六風(fēng)力發(fā)電機組偏航系統(tǒng)的認知任務(wù)七風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的認知返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價一、我國的風(fēng)能資源我國幅員遼闊，海岸線長，風(fēng)能資源豐富。根據(jù)第三次風(fēng)能資源普查結(jié)果，我國技術(shù)可開發(fā)(風(fēng)能功率密度在150W/m2以上)的陸地面積約為2x105km2?？紤]風(fēng)電場中風(fēng)力發(fā)電機組的實際布置能力，按照5MW/km2計算，陸地上的風(fēng)能可開發(fā)量為1x106MW。根據(jù)《全國海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查報告》可知，我國大陸沿岸淺海0~20m等深線的海域面積為1.57x105km2。2002年，《全國海洋功能區(qū)劃》對港口航運、漁業(yè)開發(fā)、旅游以及工程用海區(qū)等做了詳細規(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)力發(fā)電機組的實際布置按照5MW/km2計算，則近海風(fēng)電裝機容量為2.5x105MW。下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價綜合來看，我國可開發(fā)的風(fēng)能潛力巨大，陸上加海上可裝機總?cè)萘窟_1.25x106MW，風(fēng)電具有成為未來能源重要組成部分的資源基礎(chǔ)。此外，2003-2005年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署組織國際研究機構(gòu)，采用數(shù)值模擬方法開展了風(fēng)能資源評價的研究，得出陸地上離地面50m高度層的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量可以達到1.4x106MW的結(jié)論。2006年，國家氣候中心也采用數(shù)值模擬方法對我國風(fēng)能資源進行評價，得到的結(jié)果是:在不考慮青藏高原的情況下，全國陸地上離地面10m高度層的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為2.548x106MW，大大超過第三次全國風(fēng)能資源普查的結(jié)果。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價我國的風(fēng)能資源分布廣泛，其中較為豐富的地區(qū)主要集中在北部(東北、華北、西北)地區(qū)和東南沿海地區(qū)及附近島嶼，此外，內(nèi)陸也有個別風(fēng)能豐富點。北部地區(qū)風(fēng)能豐富帶包括東北三省、河北、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏和新疆等省(區(qū))近200km寬的地帶。風(fēng)功率密度在200~300W/m2以上，有的可達500W/m2以上的地區(qū)。沿海及其島嶼地區(qū)近海風(fēng)能資源也非常豐富，風(fēng)能豐富帶包括山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省(市)沿海近10km寬的地帶，年風(fēng)功率密度在200W/耐以上，風(fēng)功率密度線平行于海岸線。近海風(fēng)能豐富區(qū)包括東南沿海水深5~20m的海域，其面積遼闊，但受到航線、港口、養(yǎng)殖等海洋功能區(qū)劃的限制，近海實際的技術(shù)可開發(fā)風(fēng)能資源量遠遠小于陸上。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價不過在江蘇、福建、山東和廣東等地的近海風(fēng)能資源豐富區(qū)距離電力負荷中心很近，近海風(fēng)電可以成為這些地區(qū)未來發(fā)展的一項重要的清潔能源。除以上這幾個風(fēng)能豐富帶之外，風(fēng)功率密度一般在100W/m2以下，但是有一些地區(qū)由于湖泊和特殊地形的影響，風(fēng)能資源也較豐富。我國的風(fēng)能資源有兩個特點:一是風(fēng)能資源季節(jié)分布與水能資源互補。我國風(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。對于水能資源來說，雨季在南方大致是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)。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價由此可看出，豐富的風(fēng)能資源與水能資源季節(jié)分布剛好互補，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電一定程度上可以彌補我國水電冬、春兩季枯水期發(fā)電電力和電量欠缺的不足。二是風(fēng)能資源地理分布與電力負荷不匹配。沿海地區(qū)電力負荷大，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，電力負荷卻很小，因此這給風(fēng)電的經(jīng)濟開發(fā)帶來了困難二、風(fēng)能開發(fā)利用的重點區(qū)域中國的風(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1x104MW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:上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(1)內(nèi)蒙古自治區(qū)(風(fēng)能資源):10m高度風(fēng)功率密度大于150W/m2的面積約1.05x106km2，技術(shù)可開發(fā)量約1.5x105MW。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要是東起呼倫貝爾西到巴彥淖爾廣裹的草原和臺地。截至2012年年底，內(nèi)蒙古風(fēng)電裝機容量為1.86238x104MW，占全國風(fēng)電并網(wǎng)裝機的24.7%。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2020年均達到104MW的特大型風(fēng)電基地。(2)吉林省(風(fēng)能資源):10m高度風(fēng)功率密度大于150W/m2的面積約511km2，技術(shù)可開發(fā)量為上千萬千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要有西部的白城、通榆、長嶺和雙遼等地。到2012年年底，吉林風(fēng)電裝機容量已經(jīng)達到3.9974x103MW，占全國裝機總?cè)萘康?.6%。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(3)河北省(風(fēng)能資源):10m高度風(fēng)功率密度大于150W/m2的面積約7378km2，技術(shù)可開發(fā)量為4000多萬千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要有河北省北部的張家口市壩上地區(qū)、承德市的圍場縣和豐寧縣，沿海岸線的黃嘩港附近風(fēng)能資源也較為豐富。2012年年底，河北省風(fēng)電裝機容量達到7.9788x103MW，主要分布在張家口和承德兩地。(4)甘肅省(風(fēng)能資源):甘肅地處河西走廊，10m高度風(fēng)功率密度大于150W/m2的面積約3x104km2，技術(shù)可開發(fā)量為上億千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要有安西、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。甘肅雖然發(fā)展風(fēng)電起步較晚，卻大有后發(fā)制人之勢。2012年年底，甘肅省風(fēng)電裝機容量達到6.479x103MW。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(5)新疆維吾爾自治區(qū)(風(fēng)能資源):在新疆地區(qū)，10m高度風(fēng)功率密度大于150W/m2的面積約8x104km2，技術(shù)可開發(fā)量為上億千瓦。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要有達坂城、小草湖和阿拉山口等具有加大風(fēng)速地形條件的地域。新疆是我國最早大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的省區(qū)，1986年就在達坂城附近安裝了幾臺從丹麥引進的機組進行試驗;1989年，利用丹麥政府贈款項目建設(shè)第一個風(fēng)電場，裝機容量達1950kw，是當時全國規(guī)模最大的風(fēng)電場。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。直到2001年，新疆的風(fēng)電裝機容量在全國都居于首位，后來由于電網(wǎng)容量的限制，制約了風(fēng)電的發(fā)展。2012年年底，新疆風(fēng)電裝機容量達到3.3061x103MW。目前新疆正在開發(fā)吐哈風(fēng)電，打造千萬千瓦的風(fēng)電基地，預(yù)計可與甘肅酒泉地區(qū)的千萬千瓦風(fēng)電基地一起，成為風(fēng)電西電東送的源頭。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(6)江蘇省(風(fēng)能資源):江蘇省風(fēng)能資源總儲量為3.469x104MW，風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)區(qū)域面積約1505km2，包括近海灘涂地區(qū)，技術(shù)可開發(fā)量可達千萬千瓦。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)能資源相對貧乏，風(fēng)能資源有明顯的東、西部差異。江蘇省風(fēng)電發(fā)展迅速，截至2012年年底，江蘇省總裝機容量為2.3721x103MW。江蘇率先提出了建設(shè)1x104MW風(fēng)電基地的設(shè)想，且在近海風(fēng)電開發(fā)方面江蘇具有得天獨厚的優(yōu)勢。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價三、風(fēng)電場選址技術(shù)風(fēng)電場選址是風(fēng)電場建設(shè)首先應(yīng)解決的問題，也是風(fēng)電場建設(shè)中關(guān)鍵的第一步，其直接關(guān)系到風(fēng)電場經(jīng)濟效益的好壞。風(fēng)電場選址在許多方面與水電廠、核電廠等存在同樣的問題，但也有其特殊性:對一個已知的風(fēng)力發(fā)電機組，在場址未確定以前，是不能估算該機組的年發(fā)電量的，這是風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電廠選址所不同的地方。風(fēng)況決定著風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電量，這是風(fēng)電場選址必需考慮的主要因素。(一)風(fēng)電場選址技術(shù)要素風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟效益取決于風(fēng)能資源、電網(wǎng)連接、交通運輸、地質(zhì)條件、地形地貌和社會經(jīng)濟等多方面復(fù)雜的因素，風(fēng)電場選址時應(yīng)綜合考慮以上因素，避免因選址不當而造成損失。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價1.風(fēng)能資源建設(shè)風(fēng)電場最基本的條件是要有能量豐富、風(fēng)向穩(wěn)定的風(fēng)能資源。利用已有的測風(fēng)數(shù)據(jù)以及其他地形地貌特征，在一個較大范圍內(nèi)找出可能開發(fā)風(fēng)電的區(qū)域，初選為風(fēng)電場場址。具體可采用以下定性方法初步判斷風(fēng)能資源是否豐富。

(1)地形地貌特征。對缺少測風(fēng)數(shù)據(jù)的丘陵和山地，可利用地形地貌特征進行風(fēng)能資源評價。地形圖是表明地形地貌特征的主要工具，采用1:50000的地形圖可較詳細地反映出地形特征。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價1)從地形圖上可以判別出發(fā)生較高平均風(fēng)速區(qū)域的典型特征，具體如下:①在經(jīng)常發(fā)生氣壓梯度劇烈變化區(qū)域的隘口和峽谷。②從山脈向下延伸的長峽谷。③高原和臺地。④在強烈高空風(fēng)區(qū)域暴露的山脊和山峰。⑤在強烈高空風(fēng)、溫度或壓力梯度劇烈變化區(qū)域暴露的海岸。⑥島嶼的迎風(fēng)和側(cè)風(fēng)角。2)從地形圖上可以判別出發(fā)生較低平均風(fēng)速區(qū)域的典型特征，具體如下:上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價①垂直于高處盛行風(fēng)向的峽谷。②盆地。③表面粗糙度大的區(qū)域。(2)風(fēng)力造成的植物變形。植物長期被風(fēng)吹而導(dǎo)致永久變形的程度可以反映該地區(qū)風(fēng)力特性的一般情況。特別是樹的高度和形狀能夠作為持續(xù)風(fēng)力強度和主風(fēng)向的證據(jù)。已經(jīng)得到證明，年平均風(fēng)速與樹的變形程度關(guān)系最為緊密。

(3)受風(fēng)力影響形成的地貌。地表物質(zhì)會因風(fēng)吹而移動、沉積，形成干鹽湖、沙丘和其他風(fēng)成地貌，從而表明附近存在何種固定方向的強風(fēng)。在缺少風(fēng)速數(shù)據(jù)的地方，研究風(fēng)成地貌有助于初步了解當?shù)氐娘L(fēng)況。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價

(4)向當?shù)鼐用裾{(diào)查了解。有些地區(qū)由于氣候的特殊性，各種風(fēng)況特征不明顯，可通過對當?shù)亻L期居住居民的詢問調(diào)查，定性了解該地區(qū)風(fēng)能資源的情況。2.電網(wǎng)連接并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組需要與電網(wǎng)相連接，場址選擇時應(yīng)盡量靠近電網(wǎng)。對小型的風(fēng)電項目而言，要求離10~35kV電網(wǎng)比較近;對比較大型的風(fēng)電項目而言，要求離110~220kV電網(wǎng)比較近。風(fēng)電場離電網(wǎng)近不但可以降低并網(wǎng)投資，而且可以減少線路損耗，滿足電壓降要求。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價另外，還要考慮風(fēng)力發(fā)電機組對電網(wǎng)的動態(tài)影響，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出波動大，波動時間從數(shù)秒到數(shù)分鐘級的波動應(yīng)特別注意，因為這種波動在短時間內(nèi)可能會影響常規(guī)發(fā)電設(shè)備的暫態(tài)穩(wěn)定、系統(tǒng)頻率控制和負荷潮流。因此接入的電網(wǎng)容量要足夠大，以避免受風(fēng)力發(fā)電機組隨時啟動并網(wǎng)、停機解列的影響。一般來講，規(guī)劃風(fēng)能資源豐富的風(fēng)電場，選址時應(yīng)考慮接入系統(tǒng)的成本，并要與電網(wǎng)的發(fā)展相協(xié)調(diào)。3.地質(zhì)條件風(fēng)力發(fā)電機組的基礎(chǔ)位置最好是承載力強的基巖、密實的壤土或赫土等，并要求地下水位低，地震烈度小。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價4.交通條件風(fēng)能資源豐富的地區(qū)一般都在比較偏遠的地區(qū)，必需拓寬現(xiàn)有道路并新修部分道路以滿足大部件運輸，其中有些部件的寬度可能超過30m。風(fēng)電場選址時應(yīng)考慮交通方便，便于設(shè)備運輸，同時也要減少道路投資。5.地形條件選擇場址時，在主風(fēng)向上要求盡可能開闊、寬敞，障礙物少、粗糙度低，對風(fēng)速影響小。另外，場址地形應(yīng)比較簡單，便于大規(guī)模開發(fā)，有利于設(shè)備的運輸、安裝和管理。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價6.環(huán)境條件與其他發(fā)電類型比較，風(fēng)力發(fā)電對環(huán)境的影響很小。但在某些特殊的地方，環(huán)境也是風(fēng)電場選址時必須考慮的因素。從目前來看，風(fēng)電場對環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在三個方面，即噪聲、電磁干擾及對當?shù)匚夂蚝蜕鷳B(tài)的影響。7.氣象災(zāi)害在風(fēng)力發(fā)電機組選址時，應(yīng)對某些氣象條件予以考慮，這些氣象條件用一個不確切的術(shù)語“災(zāi)害”來表示，其中有些氣象現(xiàn)象能對風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)造成災(zāi)害性威脅，另一些現(xiàn)象雖不能造成大害，但能增加維護成本，減少設(shè)備的運行時間和壽命。主要氣象災(zāi)害有:結(jié)冰、臺風(fēng)、紊流、空氣鹽霧和風(fēng)沙磨蝕等。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價8.社會經(jīng)濟因素隨著技術(shù)發(fā)展和風(fēng)力發(fā)電機組生產(chǎn)批量的增加，風(fēng)電成本將逐步降低。但目前中國風(fēng)電上網(wǎng)電價仍比煤電高出約0.3元/(kW·h)。雖然風(fēng)電對保護環(huán)境是有利的，但對那些經(jīng)濟發(fā)展緩慢、電網(wǎng)比較小、電價承受能力差的地區(qū)，會造成沉重的負擔。因此風(fēng)電場選址時應(yīng)該有經(jīng)濟上的可行性。風(fēng)電場的度電(kW·h)成本是評價經(jīng)濟性的主要指標。度電成本可表示為:上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價式中:Ec表示年發(fā)電量;M表示年運行維護費用;A表示項目投資每年等額折舊，可由下式計算:式中:P表示總投資;i表示貸款利率;n表示折舊年限。選擇一個風(fēng)能資源豐富的場址，安裝與該場址風(fēng)能特性相匹配的風(fēng)力發(fā)電機組，可以提高機組的年發(fā)電量，從而減少裝機成本。另外，風(fēng)電場投資也是影響風(fēng)電場經(jīng)濟性的主要因素。風(fēng)電場投資包括風(fēng)電場選址評估費、設(shè)備造價、設(shè)備運輸、施工費，以及征地費、土建工程費、道路的修建費、接入系統(tǒng)的方式所需的費用等因素。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(二)風(fēng)電場選址步驟風(fēng)電場選址可分為4個步驟，其流程如圖1-1所示。1.選擇候選風(fēng)能資源區(qū)第一步，確定一個目標地區(qū)，然后對其進行篩選以確定位于其中的候選風(fēng)能資源區(qū)。所謂候選風(fēng)能資源區(qū)是指根據(jù)現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，初步判斷這些地區(qū)可能存在的可行性場址。候選風(fēng)能資源區(qū)的大小將視目標地區(qū)的大小、在氣象及地形學(xué)上的復(fù)雜程度以及所掌握的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)的詳細程度而異。一旦確定了候選風(fēng)能資源區(qū)的范圍，就可以將其中的一個或幾個可行性場址進行比選。完成第一步任務(wù)后應(yīng)搜集下列各項數(shù)據(jù):上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(1)現(xiàn)有的風(fēng)能資源數(shù)據(jù):目標地區(qū)的氣象站、其他行業(yè)或企業(yè)已有的測風(fēng)資料。(2)輸配電線路的位置:目標地區(qū)電力系統(tǒng)各電壓等級的地理接線圖。(3)變電站的位置:收集接入系統(tǒng)點的變電站位置及主接線圖，了解是否有備用間隔或擴建的可能性。(4)較好道路的位置:主要考慮橋梁承重和彎道半徑。(5)本地區(qū)對選址的規(guī)定和要求。(6)地質(zhì)條件對選址的限制。(7)所選用風(fēng)力發(fā)電機組的一般技術(shù)性能。(8)所選用風(fēng)力發(fā)電機組的典型安裝費用。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價2.選擇潛在的候選場址所謂潛在的候選場址是指在候選風(fēng)能資源區(qū)中的一小塊場地，從工程的角度來看，這些地方安裝風(fēng)力發(fā)電機組是可行的。這一步的主要目的是在候選風(fēng)能資源區(qū)中篩選出有吸引力的潛在候選場址。采用的辦法是綜合考慮風(fēng)能資源和非氣象因素，需對兩種類型，即風(fēng)能資源好，但非氣象因素差或反之的幾個潛在候選場址進行初步的技術(shù)經(jīng)濟性比較(即第三步)，選出少量的候選場址。然后在候選場址上用測風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場實測風(fēng)能資源，從而取得候選場址內(nèi)的風(fēng)資源數(shù)據(jù)。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價一般采取兩種測試方法:一種方法是在候選風(fēng)能資源區(qū)內(nèi)評定最好的風(fēng)區(qū)范圍，然后使用非氣象的因素篩選這些風(fēng)區(qū)范圍，并選擇候選場址;另一種方法是先使用非氣象的準則篩選候選風(fēng)能資源區(qū)，然后評定該場址所具有的最好的風(fēng)能資源，并且選擇候選場址，再進一步收集以下數(shù)據(jù):(1)候選風(fēng)能資源區(qū)內(nèi)的測風(fēng)站位置和這些站的風(fēng)數(shù)據(jù)資料。(2)候選風(fēng)能資源區(qū)內(nèi)的地形資料。(3)在風(fēng)資源分析中使用任何技術(shù)時所要求的全部資料。(4)國家和當?shù)氐姆顥l例、規(guī)則和現(xiàn)場的要求。(5)風(fēng)力發(fā)電機組的建立或運行對當?shù)丨h(huán)境的影響。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(6)有關(guān)現(xiàn)場地質(zhì)的約束資料及相關(guān)的地質(zhì)圖。(7)為了防止風(fēng)力發(fā)電機組碎片對公眾人身的傷害，需確定安全隔離區(qū)范圍。(8)道路、輸配電線路及變電站的位置。(9)對風(fēng)電場安全性及其對環(huán)境的影響、運行方面的問題進一步評審。(10)分析風(fēng)力發(fā)電機的運行特性及價格。(11)估算安裝、運行和維護所需的全部費用。(12)場址的詳細特性—地形、地表特征及表層不平整度、盛行風(fēng)、氣象災(zāi)害情況。(13)關(guān)于每個可能的候選場址潛在的環(huán)境影響資料。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價

3.選擇最佳場址其是指從少數(shù)候選場址中選擇最佳場址。這一步的主要目的是:(1)收集每個場址風(fēng)力特性的精確資料，以便對風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電量做出精確的估算。(2)評估每個場址的經(jīng)濟價值。(3)確定各場址風(fēng)力發(fā)電機組的輸出對系統(tǒng)的影響。(4)確保風(fēng)資源特性與規(guī)定風(fēng)力發(fā)電機使用壽命的設(shè)計規(guī)范相匹配。(5)對風(fēng)力發(fā)電機組的環(huán)境影響和社會影響進行最終評審。選擇最佳場址所需的數(shù)據(jù)是:(1)模擬發(fā)電，確定可能的運行性能所需的氣象數(shù)據(jù)。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(2)滿足選址規(guī)定和獲得必要許可所需的各種環(huán)境和社會數(shù)據(jù)。(3)設(shè)計一個完整的風(fēng)力發(fā)電場所需的各種工程數(shù)據(jù)。(4)估算場址開發(fā)費用所需的各種數(shù)據(jù)。(5)處理生產(chǎn)成本模式所需的各種非氣象數(shù)據(jù)。(6)被考慮的風(fēng)力發(fā)電機組的性能特性和運行策略。(7)可能的氣象災(zāi)害資料。其中，搜集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)十分關(guān)鍵，它直接影響經(jīng)濟可行性評估精度。因此有必要選用好的風(fēng)速儀現(xiàn)場實測風(fēng)速，其高度為輪毅中心高度，并且必須具有連續(xù)一年的測風(fēng)數(shù)據(jù)。然后重新計算經(jīng)濟性，把最佳場址選出來。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價4.計劃在最佳場址安裝風(fēng)力發(fā)電機組把最佳場址確定以后，第四步就是有計劃地分批分期安裝風(fēng)力發(fā)電機組。如果各種條件都具備，就可以進行風(fēng)力發(fā)電場的開工建設(shè)。(三)風(fēng)電場選址技術(shù)標準1.風(fēng)能資源豐富區(qū)反映風(fēng)能資源豐富與否的主要指標有年平均風(fēng)速、有效風(fēng)能功率密度、有效風(fēng)能利用小時數(shù)、容量系數(shù)等，這些要素越大，風(fēng)能越豐富。

2.容量系數(shù)較大地區(qū)風(fēng)力發(fā)電機組容量系數(shù)是指一個地點風(fēng)力發(fā)電機組實際能夠得到的平均輸出功率與風(fēng)力發(fā)電機組額定功率之比。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價

3.風(fēng)向穩(wěn)定可以利用風(fēng)玫瑰圖觀察其主導(dǎo)風(fēng)向頻率是否在30%以上，若是，則可以認為風(fēng)向是穩(wěn)定的。4.風(fēng)速年變化較小我國屬季風(fēng)氣候，冬季風(fēng)大，夏季風(fēng)小，但是在我國北部和沿海地區(qū)，由于天氣和海陸的關(guān)系，風(fēng)速年變化較小，其最小的月份也在4~5m/s以上。5.氣象災(zāi)害較少在沿海地區(qū)，避開臺風(fēng)經(jīng)常登陸的地點和雷暴易發(fā)生的地區(qū)。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價

6.湍流度小湍流強度受大氣穩(wěn)定和地面粗糙度的影響，所以在建風(fēng)電場時，應(yīng)避開上風(fēng)方向地形起伏和障礙物較大的地區(qū)。四、風(fēng)電場的風(fēng)資源評價在風(fēng)電場建設(shè)的可行性研究階段需要對擬建風(fēng)電場進行風(fēng)資源評價，評價的主要目的是為風(fēng)力發(fā)電機組選型及布置等提供依據(jù)，以便于對整個項目進行技術(shù)經(jīng)濟評價。(一)風(fēng)資源評價需要的基礎(chǔ)資料風(fēng)電場的風(fēng)資源分析評價，一般除收集當?shù)貧庀笳窘?0年的常規(guī)氣象資料外，還應(yīng)收集、整理風(fēng)電場場址處至少連續(xù)一年10m高處的風(fēng)速、風(fēng)向整編資料，且收集的有效數(shù)據(jù)不宜少于收集期的90%。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價故一般擬建風(fēng)電場場址處都應(yīng)設(shè)立觀測站，進行1~3年的連續(xù)風(fēng)速、風(fēng)向觀測。觀測站設(shè)立地點應(yīng)選在擬建風(fēng)電場范圍內(nèi)的代表性地點，一般為風(fēng)電場中間部位。觀測站周圍的地表覆蓋物不宜過高，且無其他對風(fēng)速有影響的障礙物。觀測站一般需設(shè)立鐵塔并在其上安裝測風(fēng)儀，鐵塔高度一般在40~50m，要分層觀測風(fēng)速和風(fēng)向(分層是因為要反映出風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律)。觀測項目主要為逐時的10min平均風(fēng)速、風(fēng)向，一般采用自記方式。必要時可進行溫度、濕度、大氣壓等項目的觀測，以便和當?shù)氐臍庀笳举Y料進行對比分析。風(fēng)觀測高度應(yīng)選擇為離地10m的高處，還宜包括風(fēng)力發(fā)電機機頭預(yù)期安裝的高度，一般分2一3層，如10m,30m,50m高。測量數(shù)據(jù)精度應(yīng)在所用儀器的規(guī)定誤差內(nèi)。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(二)觀測數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計在風(fēng)速資料合理性分析中，對因種種原因造成的觀測不合理數(shù)據(jù)要先進行處理，然后再進行整編統(tǒng)計。因風(fēng)在一年四季中特征各不相同，故在進行觀測資料統(tǒng)計時應(yīng)采用整年的資料，否則會產(chǎn)生偏差。風(fēng)資源評價一般需對觀測資料進行以下幾個項目的分析計算:

(1)風(fēng)的日、月變化規(guī)律。一般應(yīng)挑出一個典型日和一個典型月，典型日逐時的風(fēng)速變化能反映風(fēng)的一般日變化規(guī)律;典型月逐日的風(fēng)速變化能反映風(fēng)的一般月變化規(guī)律。同時繪制典型日的逐時及典型月的逐日變化柱狀圖。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價

(2)年風(fēng)向、風(fēng)速頻率統(tǒng)計。此項目的統(tǒng)計可按常規(guī)方法，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果繪制出全年風(fēng)向玫瑰圖及風(fēng)速玫瑰圖。(3)年有效小時數(shù)。風(fēng)力發(fā)電機組有切入和切出風(fēng)速，切入風(fēng)速一般為3~4m/s，切出風(fēng)速一般取25m/s，切入到切出之間的風(fēng)速稱為有效風(fēng)速。統(tǒng)計出每年累計風(fēng)速值在有效風(fēng)速范圍內(nèi)的小時數(shù)，然后將歷年值平均，即得年有效小時數(shù)。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(4)各等級風(fēng)速頻率。將風(fēng)速值按1m/s間隔劃分為若干等級，統(tǒng)計各等級風(fēng)速出現(xiàn)的次數(shù)，各等級次數(shù)除以各等級風(fēng)速出現(xiàn)的總次數(shù)即此等級風(fēng)速頻率。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果繪制各等級風(fēng)速頻率圖。(5)有效風(fēng)能密度。按有效風(fēng)速計算的風(fēng)能密度稱為有效風(fēng)能密度。在單位時間內(nèi)以風(fēng)速v穿過面積為F的風(fēng)輪的總功率，即風(fēng)能的功率:上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(三)風(fēng)電場年發(fā)電量的計算單機年發(fā)電量為年平均各等級風(fēng)速(有效風(fēng)速范圍內(nèi))的風(fēng)速小時數(shù)乘以此風(fēng)速等級對應(yīng)的風(fēng)力機輸出功率的總和。其計算公式如下:風(fēng)電場年發(fā)電量為各單機年發(fā)電量的總和。計算時采用的風(fēng)力機功率表或功率曲線圖必須是廠家提供的、自權(quán)威機構(gòu)測定的風(fēng)力機功率表或功率曲線圖。標準空氣密度是指標準大氣壓下的空氣密度，一般為1.225kg/m3。在標準空氣密度下，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系曲線稱為該風(fēng)力發(fā)電機組的標準功率曲線。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(四)風(fēng)資源評價成果在技術(shù)經(jīng)濟分析中的應(yīng)用一般根據(jù)擬建風(fēng)電場的實測風(fēng)資料進行風(fēng)資源評價的成果主要包括年有效風(fēng)能密度、年有效小時數(shù)及年理論發(fā)電量等指標。前兩項指標主要用于確認擬建場址是處屬于“風(fēng)能豐富區(qū)”還是“風(fēng)能較豐富區(qū)”，是否具備建設(shè)風(fēng)電場的基本條件。一般大型風(fēng)力發(fā)電場擬建場址的風(fēng)資源評價指標應(yīng)滿足“風(fēng)能豐富區(qū)”的區(qū)劃標準。技術(shù)經(jīng)濟性比較主要指不同場址的年發(fā)電量結(jié)合其他技術(shù)指標的綜合經(jīng)濟性技術(shù)比較或同一場址中不同設(shè)備、裝機容量及風(fēng)力機布置的不同方案的技術(shù)經(jīng)濟性比較，并對上述因素的不同而做出上網(wǎng)電價敏感性分析。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(五)風(fēng)資源評價應(yīng)遵循的有關(guān)規(guī)范及要求的圖表目前我國風(fēng)力發(fā)電場可行性研究風(fēng)資源評價應(yīng)遵循的有關(guān)規(guī)范主要有:《地面氣象觀測規(guī)范》(中央氣象局2004年發(fā)布)、《風(fēng)力發(fā)電場項目可行性研究報告編制規(guī)范》(電力工業(yè)部1997年發(fā)布)、《風(fēng)力發(fā)電場并網(wǎng)運行管理規(guī)定》(電力工業(yè)部1994發(fā)布)等。根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，風(fēng)力發(fā)電場項目可行性研究報告要求的有關(guān)風(fēng)力資源評價的附圖、附表主要有以下幾種:(1)風(fēng)電場址觀測站的風(fēng)速頻率曲線。(2)與場址觀測站年份對應(yīng)的氣象臺(站)風(fēng)速頻率曲線。(3)風(fēng)電場址觀測站的風(fēng)向玫瑰圖。上一頁下一頁返回任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電場的選址及風(fēng)資源評價(4)與場址觀測站年份對應(yīng)的氣象臺(站)風(fēng)向玫瑰圖。(5)風(fēng)電場址觀測站的風(fēng)能玫瑰圖。(6)與場址觀測站年份對應(yīng)的氣象臺(站)風(fēng)能玫瑰圖。(7)風(fēng)電場址觀測站的年平均風(fēng)速變化(1-12月)直方圖。(8)風(fēng)電場址觀測站的典型日平均風(fēng)速變化(1-24h)直方圖。上一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電一、獨立運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(一)直流系統(tǒng)圖1-2所示為一個由風(fēng)力機驅(qū)動的小型直流發(fā)電機經(jīng)蓄電池蓄能裝置向電阻性負載供電的電路圖，圖中L代表電阻性負載，J為逆流繼電器控制的動斷觸點。當風(fēng)力減小、風(fēng)力機轉(zhuǎn)速降低而使直流發(fā)電機電壓低于蓄電池組電壓時，發(fā)電機不能對蓄電池充電，而蓄電池卻要向發(fā)電機反向送電。為了防止這種情況出現(xiàn)，在發(fā)電機電樞電路與蓄電池組之間裝有由逆流繼電器控制的動斷觸點，當直流發(fā)電機電壓低于蓄電池組電壓時，逆流繼電器動作，斷開動斷觸點J，使蓄電池不能向發(fā)電機反向供電。下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電在以蓄電池組作為蓄能裝置的獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池組容量的選擇至關(guān)重要，因為這是保證在無風(fēng)期能對負載持續(xù)供電的關(guān)鍵因素，一般來說，蓄電池容量的選擇與選定的風(fēng)力發(fā)電機的額定數(shù)值(容量、電壓等)、日負載(用電量)狀況以及該風(fēng)力發(fā)電機安裝地區(qū)的風(fēng)況(無風(fēng)期持續(xù)時間)等有關(guān)，同時還應(yīng)按10h放電率電流值(蓄電池的最佳充放電電流值)的規(guī)定來計算蓄電池組的充電及放電電流值，以保證合理地使用蓄電池，延長蓄電池的使用壽命。(二)交流系統(tǒng)上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電如果在蓄電池的正、負極接上電阻性的直流負載(見圖1-3)，則構(gòu)成一個由交流風(fēng)力發(fā)電機組經(jīng)整流器組整流后向蓄電池充電及向直流負載供電的系統(tǒng)，如果在蓄電池的正、負極端接上逆變器，則可向交流負載供電，如圖1-4所示。圖1-4所示中的逆變器可以是單相逆變器，也可以是三相逆變器，視負載為單相或三相而定。照明及家用電器只需單相交流電源，故選單相逆變器;對于動力負載必須采用三相逆變器。在有蓄電池的獨立運行的交流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池容量的選擇方法與直流系統(tǒng)相同。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電二、并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(一)風(fēng)力機驅(qū)動雙速異步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行1.雙速異步發(fā)電機的并網(wǎng)近代異步發(fā)電機并網(wǎng)時多采用晶閘管軟并網(wǎng)方法來限制并網(wǎng)瞬間的沖擊電流，雙速異步發(fā)電機與單速異步發(fā)電機一樣也是通過晶閘管軟并網(wǎng)方法來限制啟動并網(wǎng)時的沖擊電流，同時也在低速(低功率輸出)與高速(高功率輸出)繞組相互切換過程中起限制瞬變電流的作用，雙速異步發(fā)電機通過晶閘管軟切入并網(wǎng)的主電路，如圖1-5所示，雙速異步發(fā)電機啟動并網(wǎng)及高、低輸出功率的切換信號皆由計算機控制。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電雙速異步發(fā)電機的并網(wǎng)過程如下:(1)當風(fēng)速傳感器測量的風(fēng)速達到啟動風(fēng)速(一般為3.0~4.0m/s)以并連續(xù)維持5~10min時，控制系統(tǒng)計算機發(fā)出啟動信號，風(fēng)力機開始啟此時發(fā)電機被切換到小容量低速繞組，根據(jù)預(yù)上動定的啟動電流值，當轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，通過晶閘管接入電網(wǎng)，異步發(fā)電機進入低功率發(fā)電狀態(tài)。(2)若風(fēng)速傳感器測量1min的平均風(fēng)速遠超過啟動風(fēng)速,則風(fēng)力機啟動后，發(fā)電機被切換到大容量高速繞組，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，根據(jù)預(yù)定的啟動電流值，通過晶閘管接入電網(wǎng)，異步發(fā)電機直接進入高功率發(fā)電狀態(tài)。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電2.雙速異步發(fā)電機的運行控制雙速異步發(fā)電機的運行狀態(tài)，即高功率輸出或低功率輸出(在采用兩臺容量不同發(fā)電機的情況下，即大發(fā)電機運行或小發(fā)電機運行)，其是通過功率控制來實現(xiàn)的。(1)小容量發(fā)電機向大容量發(fā)電機的切換。當小容量發(fā)電機的輸出在一定時間內(nèi)的平均值達到某一設(shè)定值時，通過計算機控制，將其自動切換到大容量發(fā)電機。為完成此過程，發(fā)電機暫時從電網(wǎng)中脫離出來，風(fēng)力機轉(zhuǎn)速升高，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的啟動電流值，當轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時通過晶閘管并入電網(wǎng)，所設(shè)定的電流值應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場內(nèi)變電所所允許投入的最大電流來確定。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電由于小容量發(fā)電機向大容量發(fā)電機的切換是由低速向高速的切換，故這一過程是在電動機狀態(tài)下進行的。(2)大容量發(fā)電機向小容量發(fā)電機的切換。當雙速異步發(fā)電機在高輸出功率運行時，若輸出功率在一定時間內(nèi)平均下降到小容量發(fā)電機額定容量的50%以下時，通過計算機控制系統(tǒng)，雙速異步發(fā)電機將自動由大容量發(fā)電機切換到小容量發(fā)電機運行，必須注意的是當大容量發(fā)電機切出、小容量發(fā)電機切入時，雖然由于風(fēng)速的降低，風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速已逐漸減慢，但因小容量發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速較大容量發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速低，故異步發(fā)電機將處于超同步轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，小容量發(fā)電機在切入(并網(wǎng))時所限定的電流值應(yīng)小于小容量發(fā)電機在最大轉(zhuǎn)矩下相對應(yīng)的電流值，否則異步發(fā)電機會發(fā)生超速，導(dǎo)致超速保護動作發(fā)生而不能切入。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電(二)風(fēng)力機驅(qū)動滑差可調(diào)的繞線式異步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行在采用變槳距風(fēng)力機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于槳距調(diào)節(jié)有滯后時間，特別是在慣量大的風(fēng)力機中，滯后現(xiàn)象更為突出，在陣風(fēng)或風(fēng)速變化頻繁時，會導(dǎo)致槳距大幅度頻繁調(diào)節(jié)，發(fā)電機輸出功率也將大幅度波動，對電網(wǎng)造成不良影響。因此，單純靠變槳距來調(diào)節(jié)風(fēng)力機的功率輸出，并不能實現(xiàn)發(fā)電機輸出功率的穩(wěn)定性，利用具有轉(zhuǎn)子電流控制器的滑差可調(diào)異步發(fā)電機與變槳距風(fēng)力機配合，共同完成發(fā)電機輸出功率的調(diào)節(jié)，則能實現(xiàn)發(fā)電機電功率的穩(wěn)定輸出。具有轉(zhuǎn)子電流控制器的滑差可調(diào)異步發(fā)電機與變槳距風(fēng)力機配合時的控制原理如圖1-6所示。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電滑差可調(diào)異步發(fā)電機運行時風(fēng)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速及發(fā)電機輸出功率隨時間的變化情況如圖1-7所示，該圖顯示的是丹麥Vestal公司制造的由變槳距風(fēng)力機及具有RCC控制環(huán)節(jié)的異步發(fā)電機組成的額定功率為660kW的風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀況曲線。由圖1-7可知，在風(fēng)速波動變化的情況下，由于異步發(fā)電機的滑差可調(diào)，保證了風(fēng)力發(fā)電機在額定風(fēng)速以上起伏時維持額定輸出功率不變。(三)變速風(fēng)力機驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行現(xiàn)代兆瓦級以上的大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機組多采用風(fēng)力機葉片槳距可調(diào)節(jié)及變速運行的方式，這種方式可以優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機組內(nèi)部件的機械負載，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)的電網(wǎng)質(zhì)量。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電眾所周知，風(fēng)力機變速運行時將使與其連接的發(fā)電機也做變速運行，因此必須采用在變速運轉(zhuǎn)時能發(fā)出恒頻、恒壓電能的發(fā)電機，才能實現(xiàn)與電網(wǎng)的連接。將具有繞線轉(zhuǎn)子的雙饋異步發(fā)電機與應(yīng)用最新電力電子技術(shù)的IGBT變頻器及PWM控制技術(shù)結(jié)合起來，就能實現(xiàn)這一目的，即變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)。1.系統(tǒng)組成由變槳距風(fēng)力機及雙饋異步發(fā)電機組成的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接情況如圖1-8所示。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電當風(fēng)速變化時，系統(tǒng)工作情況如下:當風(fēng)速降低時，風(fēng)力機轉(zhuǎn)速降低，異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也降低，轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速將低于異步發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速ns，定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率f低于f1(50Hz)，與此同時轉(zhuǎn)速測量裝置立即將轉(zhuǎn)速降低的信息反饋到控制轉(zhuǎn)子電流頻率的電路，進而使轉(zhuǎn)子電流的頻率增高，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又回升到同步轉(zhuǎn)速ns，這樣定子繞組感應(yīng)電勢的頻率f又恢復(fù)到額定頻率f1(50Hz);同理，當風(fēng)速增高時，風(fēng)力機及異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，異步發(fā)電機定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率將高于同步轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的頻率f1(50Hz)，測速裝置會立即將轉(zhuǎn)速和頻率升高的信息反饋到控制轉(zhuǎn)子電流頻率的電路，進而使轉(zhuǎn)子電流的頻率降低，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速回降至同步轉(zhuǎn)速ns，定子繞組的感應(yīng)電動勢頻率重新恢復(fù)到頻率f1(50Hz)。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電必須注意，當超同步運行時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向應(yīng)與轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)向相反。因此，當超同步運行時，轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)能自動變換相序，以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向倒向。當異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速時，此時轉(zhuǎn)子電流的頻率應(yīng)為零，即轉(zhuǎn)子電流為直流電流，這與普通同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組內(nèi)通入直流電是相同的。實際上，在這種情況下雙饋異步發(fā)電機已經(jīng)和普通同步發(fā)電機一樣。如圖1-8所示，雙饋異步發(fā)電機輸出端電壓的控制是靠控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的大小來實現(xiàn)的。2.系統(tǒng)的優(yōu)越性此類發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)越性如下:上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電(1)這種變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)有能力控制異步發(fā)電機的滑差在恰當?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)變化，因此可以優(yōu)化風(fēng)力機葉片的槳距調(diào)節(jié)，也就是可以減少風(fēng)力機葉片槳距的調(diào)節(jié)次數(shù)，這對槳距調(diào)節(jié)機構(gòu)是有利的。(2)可降低風(fēng)力發(fā)電機組運轉(zhuǎn)時的噪聲水平。(3)可以降低機組劇烈的轉(zhuǎn)矩起伏，從而能夠減小所有部件的機械應(yīng)力，這為減輕部件重量或研制大型風(fēng)力發(fā)電機組提供了有力的保證。(4)由于風(fēng)力機是變速運行，其運行速度能夠在一個較寬的范圍內(nèi)被調(diào)節(jié)到風(fēng)力機的最優(yōu)化效率數(shù)值，使風(fēng)力機的Cp值得到優(yōu)化，從而獲得較高的系統(tǒng)效率。(5)可以實現(xiàn)發(fā)電機低起伏的、平滑的電功率輸出，達到優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)電網(wǎng)質(zhì)量，同時減小發(fā)電機溫度變化的目的。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電(6)與電網(wǎng)連接簡單，并可實現(xiàn)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。(7)可實現(xiàn)幾個相同的機組獨立運行，也可實現(xiàn)并聯(lián)運行。(8)這種變速恒頻系統(tǒng)內(nèi)變頻器的容量取決于發(fā)電機變速運行時最大滑差率，一般發(fā)電機的最大滑差率為±25%一±35%，因此變頻器的最大容量僅為發(fā)電機額定容量的1/4~1/3。(四)變速風(fēng)力機驅(qū)動交流發(fā)電機經(jīng)變頻器與電網(wǎng)并聯(lián)運行由風(fēng)力機驅(qū)動交流(同步)發(fā)電機經(jīng)變頻裝置與電網(wǎng)并聯(lián)的原理性框圖如圖1-9所示，在這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機可以是水平軸變槳距控制或失速控制的定槳距風(fēng)力機，也可以是立軸風(fēng)力機。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電在這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機為變速運行，因而交流發(fā)電機發(fā)出變頻交流電，經(jīng)整流一逆變裝置(AC-DC-AC)轉(zhuǎn)換后獲得恒頻交流電輸出，再與電網(wǎng)并聯(lián)，因此這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也屬于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)力機變速運行時可以做到使風(fēng)力機維持或接近在最佳葉尖速比下運行，從而使風(fēng)力機的Cp值達到或接近最佳值，實現(xiàn)更好地利用風(fēng)能的目的。由于交流發(fā)電機是通過整流一逆變裝置與電網(wǎng)連接，發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)的頻率是彼此獨立的，因此通常不會發(fā)生同步發(fā)電機并網(wǎng)時由于頻率差而產(chǎn)生的沖擊電流或沖擊力矩問題，是一種較好的、平穩(wěn)的并網(wǎng)方式。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電這種系統(tǒng)的缺點是:需要將交流發(fā)電機發(fā)出的全部交流電能經(jīng)整流——逆變裝置轉(zhuǎn)換后送入電網(wǎng)，因此需采用大功率高電壓的晶閘管，而電力電子器件的價格相對較高，控制也較復(fù)雜，此外，非正弦形逆變器在運行時產(chǎn)生的高頻諧波電流流入電網(wǎng)，會影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。(五)風(fēng)力機直接驅(qū)動低速交流發(fā)電機經(jīng)變頻器與電網(wǎng)連接運行這種并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點是:由于采用了低速(多極)交流發(fā)電機，因此在風(fēng)力機與交流發(fā)電機之間不需要安裝升速齒輪箱，而使其成為無齒輪箱的直接驅(qū)動型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如圖1-10所示。上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電這種系統(tǒng)中的低速交流發(fā)電機，其轉(zhuǎn)子的極數(shù)遠遠多于普通交流同步發(fā)電機的極數(shù)，因此這種發(fā)電機的轉(zhuǎn)子外圓及定子內(nèi)徑尺寸大大增加，而其軸向長度則相對很短，呈圓環(huán)狀，為了簡化發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，減小發(fā)電機的體積和重量，采用永磁體勵磁。由于1GBT(絕緣柵雙極型晶體管)是一種結(jié)合大功率晶體管及功率場效應(yīng)晶體管兩者優(yōu)點的復(fù)合型電力電子器件，它既具有工作速度快、驅(qū)動功率小的優(yōu)點，又兼有大功率晶體管電流能力大、導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點，因此在這種系統(tǒng)中多采用1GBT逆變器。無齒輪箱直接驅(qū)動型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點主要有以下幾點:上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電(1)由于不采用齒輪箱，機組水平軸向的長度大大減小，電能生產(chǎn)的機械傳動路徑被縮短，避免了因齒輪箱旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的損耗、噪聲以及材料的磨損，甚至漏油等問題，使機組的工作壽命更加有保障，也更適合于環(huán)境保護的要求。(2)避免了齒輪箱部件的維修及更換工作，不需要齒輪箱潤滑油以及對油溫的監(jiān)控裝置，因而提高了投資的有效性。(3)由于發(fā)電機具有大的表面，散熱條件更有利，可以使發(fā)電機運行時的溫升降低，減小發(fā)電機溫升的起伏。(六)變速風(fēng)力機經(jīng)滑差連接器驅(qū)動同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行上一頁下一頁返回任務(wù)二獨立及并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力機驅(qū)動同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)，當風(fēng)速變化、風(fēng)力機變速運行時，同步發(fā)電機輸出端將發(fā)出變頻、變壓的交流電，致使其不能與電網(wǎng)并聯(lián)。如果在風(fēng)力機與同步發(fā)電機之間采用電磁滑差連接器來連接，則當風(fēng)力機做變速運行時，借助電磁滑差連接器，同步發(fā)電機能發(fā)出恒頻、恒壓的交流電，可實現(xiàn)與電網(wǎng)的并聯(lián)運行，這種系統(tǒng)的原理性框圖如圖1-11所示。電磁滑差連接器是一個特殊的電力機械裝置，起著離合器的作用，它由兩個旋轉(zhuǎn)的部分組成，一個旋轉(zhuǎn)部分與原動機相連，另一個旋轉(zhuǎn)部分與被驅(qū)動機械相連，這兩個旋轉(zhuǎn)部分之間沒有機械上的連接，而是以電磁作用的方式來實現(xiàn)從原動機到被驅(qū)動機械之間的彈性連接并傳遞力矩。上一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電一、風(fēng)力一柴油發(fā)電聯(lián)合運行(一)風(fēng)力一柴油發(fā)電聯(lián)合運行應(yīng)實現(xiàn)的目標采用風(fēng)力一柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的目的是向電網(wǎng)覆蓋不到的地區(qū)提供穩(wěn)定的、不間斷的電能，減少柴油的消耗，改善環(huán)境污染狀況。由于各地區(qū)的風(fēng)能資源及負荷情況不同，故有多種不同結(jié)構(gòu)形式的風(fēng)力一柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，不論哪種結(jié)構(gòu)形式的發(fā)電系統(tǒng)皆應(yīng)實現(xiàn)如下目標:(1)能提供符合電能質(zhì)量標準的電能;(2)有較好的柴油節(jié)油效果;(3)具有合理的運行控制策略，使系統(tǒng)的運行工況得到優(yōu)化，盡可能多地利用風(fēng)能，避免柴油機低負荷運行，減少柴油機啟停次數(shù);下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電(4)具有良好的設(shè)備管理維護，減少故障停機，降低發(fā)電成本及電價。(二)風(fēng)力一柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成風(fēng)力一柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成如圖1-13所示。1.風(fēng)力一柴油發(fā)電并聯(lián)運行系統(tǒng)如圖1-14所示，由風(fēng)力機驅(qū)動異步發(fā)電機，柴油機驅(qū)動同步發(fā)電機，兩者同時運轉(zhuǎn)，并聯(lián)后向負荷供電，這種系統(tǒng)是風(fēng)力一柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的基本形式。在這種系統(tǒng)中柴油發(fā)電機一直不停地運轉(zhuǎn)，即使在風(fēng)力較強、負荷較小的情況下也必須運轉(zhuǎn)，以供給異步發(fā)電機所需要的無功功率。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)連續(xù)供電;缺點是柴油機始終不停地運轉(zhuǎn)，柴油節(jié)省效果低。上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電這種系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機與柴油發(fā)電機并聯(lián)運行向負荷供電，因此必須慎重考慮異步發(fā)電機(由風(fēng)力機驅(qū)動)向由柴油機驅(qū)動的同步發(fā)電機電網(wǎng)并網(wǎng)瞬間的電流沖擊問題。2.風(fēng)力一柴油發(fā)電交替運行系統(tǒng)及負載控制圖1-15所示為風(fēng)力一柴油發(fā)電交替運行系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電機與柴油發(fā)電機交替運行向負荷供電，兩者在電路上無聯(lián)系，因此不存在并網(wǎng)問題，但由風(fēng)力機驅(qū)動的發(fā)電機采用同步發(fā)電機(也可采用電容自勵式異步發(fā)電機，但需增加電容器及其控制裝置，故一般不采用)。這種系統(tǒng)的運行方式是根據(jù)風(fēng)力的變化實行負載控制，自動接通或斷開某些負荷，以維持系統(tǒng)的平衡，通常是按照用戶負荷的重要程度將用戶負荷分為優(yōu)先負荷、一般負荷及次要負荷三類。上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電3.集成的風(fēng)力一柴油發(fā)電并聯(lián)運行系統(tǒng)所謂集成的風(fēng)力發(fā)電即將同步風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的變頻交流電向靜止的交流一直流一交流(AC-DC-AC)變換，獲得恒頻恒壓交流電，然后再與同步柴油發(fā)電機并聯(lián)，向用戶負荷供電，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-16所示(也可采用靜止整流，旋轉(zhuǎn)逆變的AC-DC-AC變換方式)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是風(fēng)力機可以在變速下運行，因而可以優(yōu)化風(fēng)力機運行的魷值，更有效地利用風(fēng)能，系統(tǒng)中的AC-DC-AC裝置可以實現(xiàn)恒頻恒壓輸出及平抑功率起伏的作用。缺點是AC-DC-AC裝置中電力電子器件的費用較高，特別當風(fēng)力發(fā)電機的容量增大時，AC-DC-AC及蓄電池的容量也將隨之增大，使造價增高。上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電4.具有蓄電池的風(fēng)力一柴油發(fā)電聯(lián)合運行系統(tǒng)圖1-17所示為這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，其與基本型的風(fēng)力一柴油發(fā)電并聯(lián)系統(tǒng)(見圖1-14)比較有兩點不同:一是在系統(tǒng)組成中增加了蓄電池及與之串接的雙向逆變器;二是在柴油機與同步發(fā)電機之間裝有一個電磁離合器。與集成的風(fēng)力一柴油發(fā)電并聯(lián)系統(tǒng)中的蓄電池(見圖1-16)比較，這種系統(tǒng)中蓄電池的容量小，通?？筛鶕?jù)風(fēng)力發(fā)電機在額定功率下1~2h輸出的電能來考慮并確定其容量。這種系統(tǒng)當風(fēng)力變化時能自動轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同的運行模式。上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電這種系統(tǒng)的優(yōu)點是:由于蓄電池短時投入運行，可彌補風(fēng)電的不足，而不需啟動柴油發(fā)電機發(fā)電來滿足負荷所需電能，因此節(jié)油效果較好，柴油機啟停次數(shù)也可減少。這種系統(tǒng)的缺點是投資高，發(fā)電成本及電價皆比常規(guī)柴油發(fā)電要高。5.具有蓄電池及蓄能飛輪的風(fēng)力一柴油聯(lián)合發(fā)電運行系統(tǒng)這種系統(tǒng)又稱為混合的(Hybrid)風(fēng)力一柴油發(fā)電系統(tǒng)，它將蓄電池及蓄能飛輪與風(fēng)力及柴油發(fā)電機綜合在一個系統(tǒng)內(nèi)，如圖1-18所示。在這種系統(tǒng)內(nèi)，由于加裝了蓄能飛輪，蓄電池的容量可以相應(yīng)減小，飛輪對減小系統(tǒng)的頻率波動及提高供電質(zhì)量是有幫助的。上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電6.多臺風(fēng)力發(fā)電機一柴油發(fā)電機一蓄電池聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)由于高頻率的風(fēng)紊流是不相關(guān)聯(lián)的，因此采用多臺風(fēng)力發(fā)電機組，則功率起伏的影響能夠被減小，同時系統(tǒng)內(nèi)蓄電池的容量也可相應(yīng)減小，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-19所示。二、風(fēng)力一太陽光發(fā)電聯(lián)合運行(一)風(fēng)力一太陽光發(fā)電聯(lián)合運行系統(tǒng)設(shè)計采用風(fēng)力一太陽光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的目的是更高效地利用可再生能源，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電與太陽光發(fā)電的互補。設(shè)計風(fēng)力一太陽光發(fā)電系統(tǒng)的步驟如下:(1)匯集及測量當?shù)仫L(fēng)能資源、太陽能資源、其他天氣及地理環(huán)境數(shù)據(jù)。上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電(2)當?shù)刎摵蔂顩r。包括負荷性質(zhì)、負荷的工作電壓、負荷的額定功率及全天耗電量等。(3)確定風(fēng)力發(fā)電及太陽光發(fā)電分擔的向負荷供電的份額。(4)根據(jù)確定的負荷份額計算風(fēng)力發(fā)電及太陽光發(fā)電裝置的容量。(5)選擇風(fēng)力發(fā)電機及太陽光電池陣列的型號，確定及優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。(6)確定系統(tǒng)內(nèi)其他部件(蓄電池、整流器、逆變器、控制器和輔助后備電源等)。(7)編制整個系統(tǒng)的投資預(yù)算及計算發(fā)電成本。上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電(二)太陽光電池方陣容量的確定設(shè)計風(fēng)力一太陽光發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)用戶負荷來確定太陽光電池方陣的容量，一般應(yīng)按照用戶負荷所需電能全部由光電池供給來考慮，計算方法及步驟如下:1.確定太陽光電池方陣內(nèi)太陽光電池單體(或組件)的串聯(lián)個數(shù)獨立運行的太陽光電池供電系統(tǒng)總是和蓄電池配套使用，即同用電系統(tǒng)組成浮充電路，一部分電能供負載使用，另一部分電能則儲存到蓄電池內(nèi)以備夜晚或陰雨天使用。設(shè)太陽光電池對蓄電池的浮充電壓值為UF，則計算公式如下:上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電假設(shè)太陽光電池單體(或組件)的工作電壓為Um,，則太陽光電池單體(或組件)的串聯(lián)數(shù)計算如式(1-6);2.確定太陽光電池方陣內(nèi)太陽光電池單體(或組件)的并聯(lián)個數(shù)太陽光電池單體(或組件)的并聯(lián)個數(shù)Np可按式(1-7)計算，即上一頁下一頁返回任務(wù)三風(fēng)力一柴油、風(fēng)力一太陽光聯(lián)合運行的風(fēng)力發(fā)電3.確定太陽光電池方陣的容量太陽光電池方陣的容量Pm可按式(1-8)確定，即(三)風(fēng)力一太陽光發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)風(fēng)力一太陽光發(fā)電聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成形式如圖1-20所示，該系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力及太陽輻射的變化情況可以在三種模式下運行:(1)風(fēng)力發(fā)電機獨自向負荷供電。(2)風(fēng)力發(fā)電機及太陽光電池方陣聯(lián)合向負荷供電。(3)太陽光電池方陣獨立向負荷供電。上一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知一、獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(一)直流發(fā)電機1.基本結(jié)構(gòu)及原理較早時期的小容量風(fēng)力發(fā)電裝置一般采用小型直流發(fā)電機。在結(jié)構(gòu)上有永磁式和電勵磁式兩種類型。永磁式直流發(fā)電機利用永久磁鐵來提供發(fā)電機所需的勵磁磁通，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-21所示;電勵磁式直流發(fā)電機則是借助在勵磁線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生磁通來提供發(fā)電機所需的勵磁磁通，由于勵磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，可分為他勵與并勵(自勵)兩種形式，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-22所示。下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知直流發(fā)電機電樞回路中各電磁物理量的關(guān)系如式(1-9)和式(1-10)所示:勵磁回路中各電磁物理量的關(guān)系如式(1-11)、式(1-12)所示:他勵發(fā)電機:并勵發(fā)電機:上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知2.發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩與風(fēng)力機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系根據(jù)比奧一薩伐爾定律，直流發(fā)電機的電樞電流與發(fā)電機的磁通作用會產(chǎn)生電磁力，并由此而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其可由式(1-13)表示:電磁轉(zhuǎn)矩對風(fēng)力機的拖動轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)的，在轉(zhuǎn)速恒定時，風(fēng)力機的拖動轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩平衡，如式(1-14)所示:上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知當風(fēng)速變化，風(fēng)力機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩變化或者發(fā)電機的負載變化時，則轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系如式(1-15)所示:由式(1-15)可知，當負載不變時，即M為常數(shù)時，若風(fēng)速增大，則發(fā)電機轉(zhuǎn)速將增加;反之，轉(zhuǎn)速將下將。由式(1-9)和式(1-10)知，轉(zhuǎn)速的變化將導(dǎo)致感應(yīng)電勢及電樞端電壓變化，此時風(fēng)力機的調(diào)速裝置應(yīng)動作，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。3.發(fā)電機與變化的負載連接時，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系他勵直流發(fā)電機與變化的負載電阻連接時的線路如圖1-23所示。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知根據(jù)式(1-9)、式(1-10)、式(1-13)及U=IaR可得式(1-16)、式(1-17):當勵磁磁通Φ及負載電阻R不變化時，K為常數(shù)。故M與n的關(guān)系為直線關(guān)系，對應(yīng)于不同的負載電阻，M與n有不同的線性關(guān)系，如圖1-24所示中的A,B,C三條直線，分別對應(yīng)負載電阻為R1、R2及R3(R3>R2>R1)的vl-n特性。并勵直流發(fā)電機的M-n特性與他勵的相似，只是在并勵時勵磁磁通將隨電樞端電壓的變化而改變，因此vl-n的關(guān)系不再是直流關(guān)系，其vl-n特性為曲線形狀，如圖1-25所示。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知4.并勵直流發(fā)電機的自勵采用并勵直流發(fā)電機時，為了建立電壓，在發(fā)電機具有剩磁的情況下，必須保證勵磁繞組并聯(lián)到電樞兩端的極性正確，同時勵磁回路的總電阻(Rf+rf)［見圖1-22(b)］必須小于某一定轉(zhuǎn)速下的臨界值，如果并聯(lián)到電樞兩端的極性不正確，則勵磁回路中的電流所產(chǎn)生的磁勢將削減發(fā)電機中的剩余磁通，發(fā)電機的端電壓就不能建立，即發(fā)電機不能自勵。當勵磁繞組接法正確，勵磁回路中的電阻為(Rf+rf)時，則從圖1-26可得式(1-18):上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知(二)交流發(fā)電機1.永磁式發(fā)電機(1)永磁式發(fā)電機的特點。永磁式發(fā)電機轉(zhuǎn)子上無勵磁繞組，因此不存在勵磁繞組銅損耗，比同容量的電勵磁發(fā)電機效率高;轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)，運轉(zhuǎn)時更安全可靠;發(fā)電機重量輕，體積小，制造工藝簡便，因此在小型及微型風(fēng)力發(fā)電機中被廣泛采用。永磁式發(fā)電機的缺點是電壓調(diào)節(jié)性能差。(2)永磁式發(fā)電機的結(jié)構(gòu)。永磁式發(fā)電機的定子與普通交流發(fā)電機相同，包括定子鐵芯及定子繞組。定子鐵芯槽內(nèi)安放定子三相繞組或單相繞組。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知永磁式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子按照永磁體的布置及形狀，有凸極式及爪極式兩類，圖1-27所示為凸極式永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，圖1-28所示為爪極式永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)〕為了使永磁式發(fā)電機能獲得高效率及節(jié)約永磁材料的效果，設(shè)計時應(yīng)使永磁式發(fā)電機運行在永磁材料接近最大磁能積的工作點處，此時永磁材料最節(jié)省。圖1-29所示表明了永磁材料的磁通密度(B),磁場強度(H)及磁能積(BH)的關(guān)系曲線，圖中第II象限的曲線為永磁材料的退磁曲線，第I象限的曲線為磁能積曲線，若永磁材料工作于α點，則其磁能積(BH)接近于最大磁能積(BH)max。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知2.硅整流自勵交流發(fā)電機(1)結(jié)構(gòu)、工作原理及電路圖。硅整流自勵交流發(fā)電機及勵磁調(diào)節(jié)器的電路如圖1-30所示。發(fā)電機的定子由定子鐵芯和定子繞組組成，定子繞組為三相，Y形連接，放在定子鐵芯圓槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組(即勵磁繞組)、滑環(huán)和轉(zhuǎn)子軸組成，轉(zhuǎn)子鐵芯可做成凸極式或爪形，一般多用爪形磁極，轉(zhuǎn)子勵磁繞組的兩端接到滑環(huán)上，通過與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連，從而獲得直流勵磁電流。(2)勵磁調(diào)節(jié)器的工作原理。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知勵磁調(diào)節(jié)器的作用是使發(fā)電機能自動調(diào)節(jié)其勵磁電流(即勵磁磁通)的大小，來抵消因風(fēng)速變化而導(dǎo)致的發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化對發(fā)電機端電壓的影響。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低、發(fā)電機端電壓低于額定值時，電壓繼電器V不動作，其動斷觸點J1閉合，硅整流器輸出端電壓直接施加在勵磁繞組上，發(fā)電機屬于正常勵磁狀況;當風(fēng)速加大、發(fā)電機轉(zhuǎn)速增高、發(fā)電機端電壓高于額定值時，動斷觸點J1斷開，勵磁回路中被串入了電阻R1，勵磁電流及磁通隨之減小，發(fā)電機輸出端電壓也隨之下降;當發(fā)電機電壓降至額定值時，觸點J1重新閉合，發(fā)電機恢復(fù)到正常勵磁狀況。電壓繼電器工作時發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖1-31所示。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知風(fēng)力發(fā)電機組運行時，當用戶投入的負載過多時，可能出現(xiàn)負載電流過大，超過額定值的狀況，如不加以控制，使發(fā)電機過負荷運行，會對發(fā)電機的使用壽命有較大影響，甚至?xí)p壞發(fā)電機的定子繞組。電流繼電器的作用就是為了抑制發(fā)電機過負荷運行。電流繼電器I的動斷觸點J2串接在發(fā)電機的勵磁回路中，發(fā)電機輸出的負荷電流則通過電流繼電器的繞組。當發(fā)電機的輸出電流低于額定值時，繼電器不工作，動斷觸點閉合，發(fā)電機屬于正常勵磁狀況;當發(fā)電機輸出電流高于額定值時，動斷觸點J2斷開，電阻R1，被串入勵磁回路，勵磁電流減小從而降低了發(fā)電機輸出端電壓，并減小了負載電流。電流繼電器工作時，發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖1-32所示。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知采用勵磁調(diào)節(jié)器的硅整流交流發(fā)電機與永磁式發(fā)電機比較，其特點是:其能隨風(fēng)速變化自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出端電壓，防止產(chǎn)生對蓄電池過充電的現(xiàn)象，延長蓄電池的使用壽命;同時還實現(xiàn)對發(fā)電機的過負荷保護，但勵磁調(diào)節(jié)器的動斷觸點，由于其斷開和閉合的動作較頻繁，故需對觸頭材質(zhì)及斷弧性能做適當?shù)奶幚?。用交流發(fā)電機進行風(fēng)力發(fā)電時，要達到能給蓄電池充電的目的，風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電電壓必須高于蓄電池的額定電壓，因此發(fā)電機的轉(zhuǎn)速要達到該額定電壓下的轉(zhuǎn)速才能夠?qū)π铍姵爻潆姟?.電容自勵異步發(fā)電機上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知從異步發(fā)電機的理論可知，異步發(fā)電機在并網(wǎng)運行時，其勵磁電流是由電網(wǎng)供給的，此勵磁電流對異步發(fā)電機的感應(yīng)電勢而言是容性電流，在風(fēng)力驅(qū)動的異步發(fā)電機獨立運行時，為得到此容性電流，必須在發(fā)電機輸出端上接上電容，從而產(chǎn)生磁場并建立電壓。自勵異步發(fā)電機建立電壓的條件是:(1)發(fā)電機必須有剩磁。(2)在異步發(fā)電機的輸出端并上足夠數(shù)量的電容，如圖1-33所示。從圖1-33所示可知，在異步發(fā)電機輸出端所并電容的容抗，只有電容C增大，使Xc減小，勵磁電流Io才能增大，而只有Io增大到足夠大時，才能建立穩(wěn)定的電壓。如圖1-34中的α點，α點的位置是由發(fā)電機的無載特性曲線與由電容C所確定的電容線的交點來決定的。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知對于建立了穩(wěn)定電壓的α點，電壓、電流、容抗等參數(shù)應(yīng)有如式(1一19)的關(guān)系。故Xc的大小，即電容C的大小決定了電容線的斜率。若電容C減小，則容抗Xc、增加，勵磁電流Io減小，從圖1-34中可以看出電容線將變陡，即角度增大。為了維持發(fā)電機的電壓不變，當發(fā)電機負載增加時，必須相應(yīng)地增加發(fā)電機端并接電容的數(shù)值。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知二、并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(一)同步發(fā)電機1.同步發(fā)電機并網(wǎng)方法(1)自動準同步并網(wǎng)。在常規(guī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，利用三相繞組的同步發(fā)電機是最普遍的，同步發(fā)電機在運行時既能輸出有功功率，又能提供無功功率，且頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量高，因此被電力系統(tǒng)廣泛接受。在同步發(fā)電機中發(fā)電機的極對數(shù)、轉(zhuǎn)速及頻率之間有著嚴格不變的固定關(guān)系，如式(1-20)所示:上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知要把同步發(fā)電機通過準同步并網(wǎng)方式連接到電網(wǎng)上必須滿足以下四個條件:(1)發(fā)電機的電壓等于電網(wǎng)的電壓，并且電壓波形相同。(2)發(fā)電機的電壓相序與電網(wǎng)的電壓相序相同。(3)發(fā)電機頻率與電網(wǎng)的頻率相同。(4)并聯(lián)合閘瞬間，發(fā)電機的電壓相角與電網(wǎng)電壓的相角一致。圖1-35所示為風(fēng)力機驅(qū)動的同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)的情況，風(fēng)力機轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機轉(zhuǎn)軸間經(jīng)升速齒輪箱及聯(lián)軸器來連接。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知滿足上述理想并網(wǎng)條件的并網(wǎng)方式即準同步并網(wǎng)方式，在這種并網(wǎng)方式下，并網(wǎng)瞬間不會產(chǎn)生沖擊電流，不會引起電網(wǎng)電壓的下降，也不會對發(fā)電機定子繞組及其他機械部件造成損壞，這是這種并網(wǎng)方式的最大優(yōu)點，但對風(fēng)力驅(qū)動的同步發(fā)電機而言，要準確達到這種理想并網(wǎng)條件實際上是不容易的。(2)自同步并網(wǎng)。自同步并網(wǎng)就是同步發(fā)電機在轉(zhuǎn)子未加勵磁，勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路的情況下，由原動機拖動，待同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到接近同步轉(zhuǎn)速(約為同步轉(zhuǎn)速的80%一90%)時，將發(fā)電機投入電網(wǎng)，再立即投入勵磁，靠定子與轉(zhuǎn)子之間電磁力的作用，發(fā)電機自動被牽入同步運行。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知這種并網(wǎng)方法。這種并網(wǎng)方法的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的并網(wǎng)裝置，并網(wǎng)操作簡單，并網(wǎng)過程迅速。這種并網(wǎng)方法的缺點是合閘后有電流沖擊，電網(wǎng)電壓會出現(xiàn)短時間的下降，電網(wǎng)電壓降低的程度和電壓恢復(fù)時間的長短同并入的發(fā)電機容量與電網(wǎng)容量的比例有關(guān)，在風(fēng)力發(fā)電情況下還與風(fēng)電場的風(fēng)資源特性有關(guān)。必須指出，發(fā)電機自同步過程與投入勵磁的時間及投入勵磁后勵磁增長的速率密切相關(guān)。2.同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性當同步發(fā)電機并網(wǎng)后正常運行時，其轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性曲線如圖1-36所示。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知帶有調(diào)速機構(gòu)的同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理框圖如圖1-37所示。調(diào)速系統(tǒng)是用來控制風(fēng)力機轉(zhuǎn)速(即同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速)及有功功率的，勵磁系統(tǒng)是調(diào)控同步發(fā)電機的電壓及無功功率的，圖1-37所示中n,U,P分別表示風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速及發(fā)電機的電壓和輸出功率。(二)異步發(fā)電機1.異步發(fā)電機的基本原理及其轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)運行的異步發(fā)電機，其定子與同步發(fā)電機的定子基本相同，定子繞組是三相的，可有三角形或星形接法，轉(zhuǎn)子有鼠籠型和繞線型兩種。根據(jù)異步發(fā)電機理論，異步發(fā)電機在并網(wǎng)運行時，由定子三相繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速決定電網(wǎng)的頻率及發(fā)電機繞組的極對數(shù)。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知具體關(guān)系如式(1-21)所示:按照異步發(fā)電機理論又知:當異步發(fā)電機連接到頻率恒定的電網(wǎng)上時，異步發(fā)電機可以有不同的運行狀態(tài)。電能。異步發(fā)電機的不同運行狀態(tài)可用異步發(fā)電機的滑差率S來區(qū)別表示。異步發(fā)電機的滑差率定義如式(1-22)所示:上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知由式(1一22)可知:當異步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)后作為發(fā)電機運行時，滑差率S為負值。由異步發(fā)電機的理論知:異步發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)M與滑差率S的關(guān)系如圖1-38所示。2.異步發(fā)電機的并網(wǎng)方法由風(fēng)力機驅(qū)動異步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行的原理圖如圖1-39所示。發(fā)電機極對數(shù)的選擇與增速齒輪箱關(guān)系密切，若發(fā)電機的極對數(shù)選得小，則增速齒輪箱傳動的速比增大，齒輪箱加大，但發(fā)電機的尺寸則小些;反之，若發(fā)電機的極對數(shù)選大些，則傳動速比減小，齒輪箱相對小些，但發(fā)電機的尺寸則大些。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知根據(jù)發(fā)電機理論，異步發(fā)電機并入電網(wǎng)運行時，是靠滑差率來調(diào)整負荷的，其輸出的功率與轉(zhuǎn)速近乎成線性關(guān)系，因此對機組的調(diào)速要求，不像同步發(fā)電機那么嚴格精確，其不需要同步設(shè)備和整步操作，只要轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時就可并網(wǎng)。但異步發(fā)電機在并網(wǎng)瞬間會出現(xiàn)較大的沖擊電流，并使電網(wǎng)電壓瞬時下降，隨著風(fēng)力發(fā)電機組單機容量的不斷增大，這種沖擊電流對發(fā)電機自身部件的安全及對電網(wǎng)的影響也更加嚴重。當前在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用的異步發(fā)電機并網(wǎng)方式有以下幾種:(1)直接并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方式要求在并網(wǎng)時發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序相同，當風(fēng)力驅(qū)動的異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時即可自動并入電網(wǎng)。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知直接并網(wǎng)時會出現(xiàn)較大的沖擊電流及電網(wǎng)電壓下降的情況，因此這種并網(wǎng)方式只適用于異步發(fā)電機容量在百千瓦級以下、電網(wǎng)容量較大的情況。(2)降壓并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方式是在異步發(fā)電機與電網(wǎng)之間串接電阻、電抗器或者接入自藕變壓器，以達到降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值及電網(wǎng)電壓下降幅度的目的，這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟性較差。(3)通過晶閘管軟并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方式是在異步發(fā)電機定子與電網(wǎng)之間通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來的，三相均由晶閘管控制，雙向晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動開關(guān)K2的動合觸頭并聯(lián)(見圖1-40)。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知接入雙向晶閘管的目的是將發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內(nèi)。這種軟并網(wǎng)方法的特點是:通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，將發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的沖擊電流值限制在規(guī)定的范圍內(nèi)(一般為1.5倍額定電流以下)，從而得到一個平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過程。與此種軟并網(wǎng)連接方式相對應(yīng)的另一種軟并網(wǎng)連接方式是:在異步發(fā)電機與電網(wǎng)之間通過雙向晶閘管直接連接，在晶閘管兩端設(shè)有并接的旁路并網(wǎng)自動開關(guān)，雙向晶閘管既在并網(wǎng)過程中起到控制沖擊電流的作用，同時又作為無觸頭自動開關(guān)，在并網(wǎng)后繼續(xù)存在于主回路中。上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知這種軟并網(wǎng)鏈接方式可以省去一個并網(wǎng)自動開關(guān)，因而控制回路也較為簡單些，并且避免了有觸頭自動開關(guān)觸頭赫著、彈跳及磨損等現(xiàn)象，可以保證較高的開關(guān)頻率，這是其優(yōu)點。但這種連接方式需選用電流允許值大的高反壓雙向晶閘管，這是這種鏈接方式的不利之處。(三)雙饋異步發(fā)電機1.工作原理眾所周知，同步發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，其輸出端電壓的頻率與發(fā)電機的極對數(shù)及發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有著嚴格固定的關(guān)系，如式(1-23)所示:上一頁下一頁返回任務(wù)四獨立和并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機的認知在發(fā)電機轉(zhuǎn)子變速運行時，同步發(fā)電機不可能發(fā)出恒頻電能，由發(fā)電機結(jié)構(gòu)知繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子上嵌裝有三相對稱繞組。根據(jù)發(fā)電機原理可知:在三相對稱繞組中通入三相對稱交流電，則將在發(fā)電機氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，此旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電