风电场电气系统朱永强第章电气系统.ppt

风电场电气系气系统朱永朱永强风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念本本课程主要内容程主要内容 本本课程程第第1章章介介绍风电场与与电气部分的基本概念和表示方法，气部分的基本概念和表示方法，使大家了解使大家了解风电场电气部分的含气部分的含义 第第2章章介介绍风电场电气部分的特点和基本构成，在介气部分的特点和基本构成，在介绍电气主气主接接线的基本概念和的基本概念和设计原原则的基的基础上，列上，列举电气主接气主接线的常的常见形式，并重点形式，并重点说明明风电场电气主接气主接线的基本形式，使大家了解的基本形式，使大家了解风电场电气部分的整体布局和气部分的整体布局和组成部分成部分，掌握，掌握风电场电气接气接线设计的基本思想和依据的基本思想和依据 精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念本本课程主要内容程主要内容 第第3章章详细介介绍风电场中的各主要一次中的各主要一次电气气设备的的结构和工作构和工作原理，包括原理，包括风电机机组、、变压器、断路器和隔离开关、母器、断路器和隔离开关、母线和和输电线路、路、电抗器和抗器和电容器、容器、电压互感器和互感器和电流互感器等，以及流互感器等，以及变压器、断路器等重要一次器、断路器等重要一次设备的型式、参数，使大家的型式、参数，使大家对风电场电气气设备的原理、功能、的原理、功能、结构、外构、外观等有具体等有具体认知知。

第第4章章介介绍风电场一次一次电气气设备选择的一般条件和技的一般条件和技术条件，条件，以及以及热稳定校定校验、、动稳定校定校验和和环境校境校验方法，使大家了解和方法，使大家了解和掌握掌握电气气设备的型式、参数与其在的型式、参数与其在风电场中运行中运行环境的关系境的关系，，并且并且能能对风电一次一次设备的的选择进行初步分析和行初步分析和简单计算算精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念本本课程主要内容程主要内容 第第5章章介介绍电气二次部分的含气二次部分的含义和功能，以及和功能，以及电气二次系气二次系统的的主要主要设备及其原理，使大家了解及其原理，使大家了解风电场和升和升压变电站站电气二气二次系次系统的构成及的构成及电气二次系气二次系统的的图形表示方法形表示方法，并，并对我国目我国目前已普遍采用的前已普遍采用的变电站站综合自合自动化技化技术有一定的有一定的认知知 第第6章章介介绍风电场中配中配电装置的概念和表示方法，描述各种常装置的概念和表示方法，描述各种常见配配电装置的装置的结构和作用，构和作用，说明配明配电装置的装置的设计要求及要求及选型型和布置方法，介和布置方法，介绍风电场发电机机组的排列布置和升的排列布置和升压变电站站电工建筑物的布置。

工建筑物的布置精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念本本课程主要内容程主要内容 第第7章章介介绍风电场的防雷和接地的防雷和接地问题，首先，首先说明雷明雷电的形成机的形成机理和雷理和雷电的危害，介的危害，介绍雷雷电防防护的一般方法；然后的一般方法；然后对接地的意接地的意义和作用，尤其是和作用，尤其是对接触接触电压和跨步和跨步电压等重要概念等重要概念进行具体行具体的的说明，明，给出接地出接地设计的一般要求；并全面介的一般要求；并全面介绍风电场发电机机组、集、集电线路和升路和升压站的防雷保站的防雷保护措施，有助于大家了解措施，有助于大家了解风电场电气气设备安全方面的知安全方面的知识和解决和解决办法，提高安全生法，提高安全生产的意的意识 第第8章章介介绍风电场中的中的电力力电子子设备，在，在简述述电力力电子技子技术应用和常用和常见电力力电子器件的基子器件的基础上，上，阐述述变流技流技术和和PWM技技术的基本原理；重点介的基本原理；重点介绍主流大型主流大型风电机机组的并网的并网换流器，包括流器，包括其其电路路结构和基本工作原理；最后构和基本工作原理；最后简单介介绍风电场的无功的无功补偿与与电压控制需求，以及控制需求，以及SVC和和STATCOM等无功等无功补偿设备。

精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念第第1 1章章 风电场和和电气部分的基本概念气部分的基本概念 关注的关注的问题风电场的基本概念，的基本概念，电气和气和电气部分的概念；气部分的概念；电气部分的一般气部分的一般组成有哪些？各部分的作用是什么？成有哪些？各部分的作用是什么？电气部分的气部分的图形表示法形表示法教学目教学目标 了解了解风电场的基本概念和的基本概念和风电场电气部分的含气部分的含义，， 初步理解和掌握初步理解和掌握电气部分的大致构成及表示方法，气部分的大致构成及表示方法， 尤其是重要尤其是重要电气气设备及其及其图形符号精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.1 风力力发电概述概述 风是人是人类最常最常见的自然的自然现象之一，象之一，风能能资源的源的储量非常巨大量非常巨大，，一年之中一年之中风所所产生的能量大生的能量大约相当于相当于2020世世纪9090年代初全世界每年代初全世界每年所消耗的燃料的年所消耗的燃料的30003000倍倍。

十九世十九世纪末末，，风能开始被用于能开始被用于发电，据称，据称始于丹麦始于丹麦，并且迅速，并且迅速成成为其最主要的其最主要的应用用领域之一 风电技技术是可再生能源技是可再生能源技术中中最成熟最成熟的一种能源技的一种能源技术 风力力发电由于由于环保清保清洁，，无无废弃物排放弃物排放，，施工周期短施工周期短，，利用利用历史悠久史悠久，受到了各国的广泛重，受到了各国的广泛重视和大力推广和大力推广 如今如今风力力发电在在世界范世界范围内内都都获得了快速的得了快速的发展，展，风力力发电规模及其在模及其在电力能源力能源结构中的份构中的份额都增都增长很快精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.1 风力力发电概述概述 风力力发电就是利用就是利用风力机力机获取取风能并能并转化化为机械能，再利用机械能，再利用发电机将机将风力机力机输出的机械能出的机械能转化化为电能能输出的生出的生产过程 风力机有很多种力机有很多种类型，用于型，用于风力力发电的的发电机也呈机也呈现出多出多样性，性，但是其但是其基本能量基本能量转换过程都是一程都是一样的的，如，如图：： 用于用于实现该能量能量转换过程的成套程的成套设备称称为风力力发电机机组。

精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.1 风力力发电概述概述 单台台风力力发电机机组的的发电能力是有限的，目前在能力是有限的，目前在内内陆地区地区应用用的主流的主流“大型大型”机机组的的额定功率不定功率不过1.5MW，，海上海上风电机机组的平的平均均单机容量在机容量在3 MW左右左右，最大已达，最大已达6 MW 风力力发电机机组输出的出的电能能经由由特定特定电力力线路路送送给用用户或接入或接入电网 风力力发电机机组与与电力用力用户或或电网的网的联系是通系是通过风电场中的中的电气气部分部分得以得以实现的精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.2 风电场的概念的概念 风电场是在一定的地域范是在一定的地域范围内由同一内由同一单位位经营管理的所有管理的所有风力力发电机机组及配套的及配套的输变电设备、建筑、建筑设施、运行施、运行维护人人员等共等共同同组成的集合体成的集合体 选择风力力资源良好的源良好的场地，根据地形条件和主地，根据地形条件和主风向，将多台向，将多台风力力发电机机组按照一定的按照一定的规则排成排成阵列列，，组成成风力力发电机群机群，并，并对电能能进行收集和管理，行收集和管理，统一送入一送入电网，是网，是建建设风电场的基本的基本思想思想。

精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.2 风电场的概念的概念 应根据根据风向玫瑰向玫瑰图和和风能玫瑰能玫瑰图确定确定风电场的主的主导风向，在平向，在平坦、开坦、开阔的的场址，要求址，要求主主导向上向上机机组间相隔相隔5~9倍倍风轮直径，直径，在在垂直于主垂直于主导风向上向上要求机要求机组间相隔相隔3~5倍倍风轮直径 按照按照这个个规则，，风电机机组可以可以单排或多排布置排或多排布置多排布置多排布置时应成成梅花形排列梅花形排列 风电场是大是大规模利用模利用风能的有效方式，能的有效方式，二十世二十世纪80年代初年代初兴起起于于美国加利福尼美国加利福尼亚 目前，目前，风电场的分布几乎是遍布全球，的分布几乎是遍布全球，风电场的数目已成千上的数目已成千上万，最大万，最大规模的模的风电场可可上百万千瓦上百万千瓦级精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.2 风电场的概念的概念 按照按照风电场的的规模，模，风电场大致可以分大致可以分为：：小型、中型和大型小型、中型和大型（特大型）（特大型）风电场精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 电气气的本意即的本意即为电，也就是：，也就是：带电的、生的、生产和使用和使用电能相关的。

能相关的 对于于电气部分气部分可以泛泛地理解可以泛泛地理解为：由所有：由所有带电设备及其附属及其附属设备所所组成的全部成的全部§1.3.1 电气的基本概念气的基本概念 精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 §1.3.1 电气的基本概念气的基本概念 发电厂中的厂中的发电机机是一般意是一般意义上的上的电源，它将其他能源源，它将其他能源转化化为电能，如：煤炭、石油、水能、能，如：煤炭、石油、水能、风能、太阳能、地能、太阳能、地热、潮汐等 电能无法由自然界直接能无法由自然界直接获取，是一种取，是一种二次能源二次能源，那些存在于自，那些存在于自然界可以直接利用的能源被称然界可以直接利用的能源被称为一次能源一次能源 发电厂中厂中发电机生机生产的的电能一般需要能一般需要经过变压器升高器升高电压后送后送入其所在入其所在电网中 电能由能由电网网输送到用送到用户所在地，所在地，经降降压后分配后分配给最最终的用的用户 在在电能生能生产到消到消费之之间需要由需要由电能可以能可以传导的路径，由于一定的路径，由于一定区域内区域内发电厂和用厂和用户的分布非常复的分布非常复杂，因此，因此这一路径自然形成一路径自然形成了了网状网状结构构，即所，即所谓的的电网网，，电能由能由发电厂生厂生产出来以后在出来以后在电网中根据其网中根据其结构构按照物理按照物理规律自然分配律自然分配。

精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 §1.3.2 电气部分的一般气部分的一般组成成 包括包括风电场在内的各在内的各类发电厂站、厂站、实现电压等等级变换和能量和能量输送的送的电网、消耗网、消耗电能的各能的各类设备（用（用户或或负荷）共同构成了荷）共同构成了电力系力系统，即用于，即用于生生产、、传输、、变换、分配和消耗、分配和消耗电能能的系的系统 电力系力系统各个各个环节的的带电部分部分统称称为其各自的其各自的电气部分气部分 发电厂和厂和变电站站是整个是整个电力系力系统的基本生的基本生产单位电气部分不气部分不仅仅包括包括电能生能生产、、变换的部分的部分,还包括其包括其自身消耗自身消耗电能的部能的部分分以上用于能量生用于能量生产、、变换、分配、、分配、传输和消耗的部分称和消耗的部分称为电气一次部分气一次部分 为了了实现对厂站内厂站内设备的的监测与控制，与控制，电气部分气部分还包括所包括所谓的的二次部分二次部分，，即用于即用于对本厂站内一次部分本厂站内一次部分进行行测量、量、监视、控制、控制和保和保护的部分。

的部分精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念升压站20kV220kV降压变电站110kV变电站110kV电缆杆上变压器至其它路灯用配电站10kV路灯牵引变电站高速列车27.5kV380/220V开闭所10kV10kV10kV居民小区箱式变电所箱式变电所批发市场化工厂电缆10kV10kV配电箱380/220V380/220V电灯电动机风机泵 空压机380/220V发电厂110kV380/220V电动葫芦电焊机加热器变电站110kV风电场10kV10kV10kV开闭所箱式变电所某商场学校10kV常常见负荷荷类型型开闭所10kV10kV380/220V10kV高压开关柜变压器低压开关柜箱式箱式变电所内部示意所内部示意图应急照明水泵房电梯某商某商场用用电示意示意图1层配电柜101室配电箱子... …125室配电箱子... …至其它配电站10kV10kV 图为发电、、输电、、变电、供、供配配电及用及用电的的简单示意示意一次部分最一次部分最为重要的是重要的是发电机、机、变压器、器、电动机机等等实现电能生能生产和和变换的的设备，，发电机机用于用于电能生能生产、、变压器器用于用于电能能变换、、电动机和其他用机和其他用电设备用于用于电能的消耗能的消耗、、母母线用于用于电能的能的汇集和集和分配分配、、线路路则用于用于能量的能量的输送送。

精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 §1.3.2 电气部分的一般气部分的一般组成成 为了保了保证我我们可以任意地控制可以任意地控制发电机、机、电动机、机、变压器、器、线路路等等设备的的投入和退出（投入和退出（带电/不不带电）），需要有相关的开关，，需要有相关的开关，这就是就是断路器断路器 在分合在分合电路的断路器旁路的断路器旁边常常伴有用于常常伴有用于检修修时起起电气隔离作用气隔离作用的的隔离开关隔离开关 除了断路器和隔离开关外，常除了断路器和隔离开关外，常见的开关的开关电器器还有有熔断器和接触熔断器和接触器器 精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 §1.3.2 电气部分的一般气部分的一般组成成 在在电力系力系统中，中，为了保了保证人人员和和设备的运行安全以及的运行安全以及电力系力系统本身中性点接地的要求，本身中性点接地的要求，还需要有需要有相相应的接地装置的接地装置。

在在发电厂和厂和变电站中常站中常采用埋于地下的人工接地体构成接地采用埋于地下的人工接地体构成接地网网接地网要求可以基本覆盖厂站内接地网要求可以基本覆盖厂站内电气气设备的全部，以保的全部，以保证设备的可靠接地的可靠接地 此外，此外，为应对电力系力系统中可能的故障或异常，在中可能的故障或异常，在电气气设备中中还需要加装一些需要加装一些防御防御过电压和短路和短路电流的装置流的装置，包括，包括避雷器避雷器和串和串联电抗器抗器精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 §1.3.2 电气部分的一般气部分的一般组成成 二次系二次系统是是传递信号的信号的电路，通路，通过电压互感器和互感器和电流互感器将流互感器将被被测的一次的一次设备和系和系统的的高高电压和大和大电流流变换为低低电压和小和小电流流传递给测量和保量和保护装置，装置，测量和保量和保护装置装置对所所测得的得的电压和和电流流进行判行判别以以监视一次一次设备和系和系统的运行状的运行状态并并记录 电压互感器和互感器和电流互感器流互感器按作用来分可以按作用来分可以认为是二次是二次设备，但，但其直接并其直接并联和串和串联于一次于一次电路中，路中，实际上是上是一次系一次系统和二次系和二次系统的的连接接设备。

精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 §1.3.2 电气部分的一般气部分的一般组成成 继电保保护及自及自动装置装置可以可以认为是是电力系力系统的的卫兵兵当电气气设备发生故障生故障时，，对应的的继电保保护装置会根据采集到的装置会根据采集到的电流和流和电压进行分析，判定行分析，判定发生故障后便生故障后便动作触作触发与故障与故障设备相相连的断路的断路器器 重合重合闸及及备用用电源自投装置源自投装置是是电力系力系统中常中常见的自的自动装置，它装置，它用故障后用故障后断路器的合断路器的合闸来来缩小故障小故障对于系于系统的影响 常常见的控制的控制电器有器有断路器的控制开关断路器的控制开关 装装设于于变电站主控制站主控制实内的内的控制屏控制屏，常常，常常见于常于常规控制控制变电站 控制屏上装控制屏上装设有有用于用于监视的表的表计（（电流表、流表、电压表、有功功率表、有功功率表、无功功率表）；表、无功功率表）；用于灯光告警的光子牌用于灯光告警的光子牌、、用于操作断路器用于操作断路器的控制开关的控制开关和和指示断路器位置的指示断路器位置的红绿指示灯指示灯。

精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.3 电气和气和电气部分气部分 §1.3.2 电气部分的一般气部分的一般组成成 上述上述设备运行的运行的时候需要候需要消耗消耗电能能，是作，是作为耗耗电设备存在的，存在的，因此因此还需要装需要装设相相应的的直流直流电源源设备 采用直流的好采用直流的好处是可以是可以利用蓄利用蓄电池池进行行电能存能存储 在在发电厂和厂和变电站内二次站内二次设备由由控制控制电缆连接构成了接构成了功能不功能不同的二次回路同的二次回路精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念§1.4 电气部分的气部分的图示示 对于于风电场等各等各类发电厂和厂和变电站内站内电气部分的气部分的设计、施工、、施工、运行和研究等工作都需要依运行和研究等工作都需要依赖其其图形方法形方法，即用，即用图形符号形符号结合文字符号在平面上抽象我合文字符号在平面上抽象我们的具体的具体问题，最，最为常常见的就是的就是电气接气接线图，包括，包括一次接一次接线图和二次回路和二次回路图，它，它们以以规定的定的图形和文字符号描述了厂站内一次部分和二次部分的形和文字符号描述了厂站内一次部分和二次部分的电路基路基本本组成和成和连接关系接关系。

在在发电厂和厂和变电站中，站中，电气气设备根据其根据其作用和具体要求作用和具体要求按照按照一定方式由一定方式由导体体连接形成了接形成了传输能量（一次部分）和信号能量（一次部分）和信号（二次部分）的（二次部分）的电路，路，这个个电路就被称路就被称为电气接气接线，，对这个个电路的路的图形描述被称形描述被称为一次接一次接线图（又称（又称电气主接气主接线图）和）和二次回路二次回路图精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念 建立建立电气接气接线图，首先需要，首先需要规定具体定具体电气气设备的的图形符形符号号 主要主要电气气设备的的图形符号如形符号如表所示表所示精选ppt风电场电气系统风电场电气系统 风电场和电气部分的基本概念风电场和电气部分的基本概念精选ppt风电场电气系气系统配套教材：配套教材：风电场电气系气系统，机械工，机械工业出版社出版社制作：朱永制作：朱永强，，张旭，申惠琪旭，申惠琪华北北电力大学力大学。