风电场电气工程 第8章 风电场中的电力电子设备
风电场中的电气设备选择探析
风电场中的电气设备选择探析一、风电场电气设备的概述风电场的电气系统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。
风电场电气一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、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。
二.风电场的电气设备选择电气设备是在电力系统中对发电机、变压器、电力线路、断路器等设备的统称，各种不同型号的电气设备组合起来，推动了电力系统运行效率的提升。
选择电气设备时，必须根据选定的接入电力系统方式和电气主接线方案，计算短路电流并根据短路电流选择，主要电力设备包括：箱式变压器、无功补偿装置、35kV配电装置、主变压器、110/220kV高压配电装置等设备。
箱式变有欧式变与美式变之分。
欧式变占地面积大，造价略高，但维护检修方便，美式变占地面积小，造价低，维护检修较复杂，选用时可根据实际情况选择。
选择箱变容量时需考虑风机过负荷发电的情况，一般1500kW风力发电机选用1600kVA变压器即可满足要求。
目前风电场升压站无功补偿装置常见有SVC和SVG两种。
SVC占地面积较大，但目前技术已经十分成熟，价格也较低。
从原理上来说，SVG性能更好，且占地面积小，但目前国内技术尚不成熟，只有几家企业可以生产，关键部件需要进口，生产周期较长，价格远超同等容量SVC（以10Mvar无功补偿装置为例，SVG报价280万，MCR-SVC报价160万，TCR-SVC报价180万）。
风电场设备概述
风电场设备概述一、油浸式变压器风电场共装设变压器35台油浸式变压器。
其中110kV主变一台，运行于110kV Ⅰ母，用于将风电场电压升至110kV并入国投220kV风电汇集站；35kV箱式变压器33台，运行于35kV母线Ⅰ母，用于将风电机组出口电压升压至35kV汇集至35kV集电线路SVG。
35kVSVG补偿变1台，用于将35kV降压至10kV供SVG静止型动态无功发生装置。
二、干式变压器风电场共装设变压器2台干式变压器。
35kV/400V站用变一台，运行于110kV 1号主变35kVⅠ母，用于将35kV电压降至400V供风电场设备生活用电；35kV接地变压器一台，运行于110kV 1号主变35kV母线Ⅰ段，用于从110kV 1号主变低压侧引出中性点，供35kV线路保护用。
三、高压断路器本电场户外高压断路器主要分为2台110kV SF6断路器、1台35kV SF6断路器和5台35kV真空断路器，110kV SF6断路器型号规格为LW36-126(W)/T3150-40(H)，生产厂家为江苏如高高压电器有限公司；35kV SF6断路器型号规格为SFM-40.5，生产厂家为四川宝光电器设备有限公司；35kV 真空断路器型号规格SDQV-40.5，生产厂家为四川宝光电器设备有限公司。
四、隔离开关本电场户外隔离开关主要分为110kV 隔离开关和35kV隔离开关及10kV 隔离开关，110kV 隔离开关型号规格分别为双柱水平旋转式GW4A-126，生产厂家为江苏如高高压电器有限公司；35kV 隔离开关型号规格双柱水平旋转式GW4-35/630，生产厂家为江苏如高高压电器有限公司；10kV 隔离开关型号规格双柱水平旋转式GW4-12DW/1250-Ⅳ。
五、避雷器本电场避雷器主要分为110kV避雷器和35kV避雷器，110kV 避雷器型号规格分别Y10W-102/266W、Y1.5W-72/186W（1号主变高压侧中性点避雷器）；35kV 避雷器型号规格分别ZH-TBP-35、YH5WZ-51/134（800A）六、高压开关柜本电场高压开关柜型号规格为KYN61-40.5，生产厂家为江苏大全长江电器股份有限公司。
风力发电中电力电子技术的应用
风力发电中电力电子技术的应用摘要：电力电子技术的应用与风力风电技术的发展息息相关，在许多环节中都扮演着比较重要的角色，它已经成为了风力能源发电向前发展不可缺失的一部分。
风能源发电尽管初期由于技术上的不完善，存在着诸多的问题，当随着现在科技的不断发展，风力发电事业也不断的发展扩大，甚至成为当前社会电能的主要来源，作为一种可持续发展的能源，在未来的发展中无疑具有无限的拓展空间。
望我国持续的创新发展新能源，开拓出更多可以持续利用的能源，把它们应用于人们生活的方方面面，造福于社会，推动祖国经济事业的又快又强发展。
关键词：风力发电；电力电子；技术应用1风力发电基本概述风力发电是指将风的动能转化为电能，从而为国家电力系统提供大量稳定的电能。
风力发电能够充分利用风能这种清洁的可再生能源，并且可以产生能量巨大的电能，有着足够替代火力发电、水力发电、核能发电的潜力。
实际上，风力资源作为可再生能源，不但具有清洁、无污染的特性，更是能够通过风力发电产生巨大的电能。
据估算，如果能充分利用风能进行发电，其发电量几乎是全世界水力发电量的 10 倍。
风力发电机主要可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。
但是，风力发电也存在一些不容忽视的缺点，包括占用大片土地，对地区风力资源要求高，建设应用成本高等.2国内风力发电现状2.1我国风能资源丰富我国幅员辽阔，陆地边疆总长超过 2万公里，海岸线总长也在 1.8 万公里以上，据气象部门的调研资料显示我国风能资源丰富，仅可供开发利用的陆地风能资源便高达 253GW，而可供开发利用的海洋风能资源更是陆地风能资源的 3 倍之多。
可以说从东南沿海到西北川藏、青藏高原地区，都蕴藏了丰富的风能资源。
据统计，年平均风速在 6m/s 以上地区占我国国土总面积的 l%，风能资源极其丰富，位居世界第三（第一、二名分别为美国、俄罗斯）。
2.2国内风力发电发展迅猛早在 2009 年我国新增风能发电项目及发电量已经稳居世界第一位，近年来更是一直保持较高的发展速度，仅 2010 到2012 两年时间内，我国便有 20 座风电场相继建成，并且每座风电厂的发电能力都在 100MW以上。
电气工程中的电力电子设备与应用
电气工程中的电力电子设备与应用电力电子设备是电气工程领域中重要的组成部分，它们在能源转换、电力传输和变换等方面起着至关重要的作用。
本文将介绍电力电子设备的基本概念、常见类型以及其在电气工程中的应用。
一、基本概念电力电子设备是指利用电子器件来对电能进行转换、控制和调节的设备。
其核心元件通常是半导体器件，如二极管、晶闸管和功率场效应管等。
通过控制和调节这些器件的导通和截断状态，可以实现对电能的调节和转换。
二、常见类型在电力电子设备中，常见的类型包括整流器、逆变器、交流调压器、变频器等。
1. 整流器整流器是将交流电转换为直流电的装置。
通常，整流器由可控晶闸管或二极管等器件构成。
它们具有单相或三相输入和直流输出的特点，被广泛应用于电源供应、电动机驱动以及电压调节等领域。
2. 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置。
逆变器可以输出不同频率、不同电压和不同形式的交流电。
它们主要用于太阳能发电系统、风力发电系统和UPS（不间断电源）等应用中。
3. 交流调压器交流调压器可以实现电网电压的调节，使其保持在所设定的范围内，以保护电气设备的安全运行。
交流调压器通常由半导体功率器件和控制电路构成，广泛应用于电能质量改善、液晶显示器和电力电子变压器等领域。
4. 变频器变频器是通过改变电源频率来控制电机转速的装置。
它通常由整流器、逆变器和中间直流环节组成。
变频器广泛应用于交流电机驱动、电梯调速、轨道交通以及空调等领域。
三、电力电子设备在电气工程中的应用电力电子设备在电气工程中有着广泛的应用。
以下是一些常见应用场景：1. 可再生能源发电系统如太阳能发电和风力发电系统，这些系统中需要将直流电能转换为交流电能，以便对接到电网上。
逆变器在这些系统中起到关键作用。
2. 电力传输在远距离的电力传输中，通过采用高压直流输电（HVDC）技术，可以有效地减小传输损耗。
直流换流器作为核心设备，实现了交流电到直流电的转换，并确保电能稳定传输。
风机发电机中电力电子技术应用
风机发电机中电力电子技术应用一、风机发电机系统的基本构成风机发电机系统由风机、转子、发电机、逆变器和电网等组成。
风机负责将风能转化为机械能，转子将机械能转化为电能，发电机将电能转化为直流电能，逆变器将直流电能转化为交流电能，最后将交流电能输入电网。
1. 变频调速技术变频调速技术是风机发电机系统中最常见的电力电子技术应用之一。
通过逆变器将直流电能转化为交流电能，可以实现对转子的电力调节，从而实现风机的调速控制。
变频调速技术能够实现对风机转速的平稳控制，提高风机的工作效率。
2. MPPT技术最大功率点跟踪（MPPT）技术是提高风能利用效率的重要手段之一。
MPPT技术通过电力电子逆变器对风机输出功率进行在线监测和调节，以实现风机在不同风速下的最佳匹配，从而确保风机发电机组的最大功率输出。
MPPT技术能够有效提高风机发电机组的发电效率。
3. 无刷电机技术无刷电机技术是一种更先进的发电机技术，其通过电力电子技术实现对发电机的驱动控制。
与传统的刷电机相比，无刷电机由于没有刷子和滑环，具有结构简单、寿命长、效率高等优点。
无刷电机技术能够提高风机发电机组的可靠性和稳定性。
4. 并网逆变技术并网逆变技术是将风机发电机组的输出电能与电网进行连接的关键技术。
逆变器在这一过程中起到了重要的作用，它能够将直流电能转化为交流电能并输送至电网，实现风机发电机组和电网的互联。
并网逆变技术能够确保风机发电机组的电能输出稳定、可靠。
5. 无线通信技术随着无线通信技术的快速发展，其在风机发电机组中的应用也得到了拓展。
无线通信技术可以实现对风机发电机组的远程监控和控制，对发电机组的运行状态、发电功率等进行实时监测和调节，提高管理的灵活性和效率。
1. 灵活性强。
电力电子技术能够实现对风机发电机组的精确控制和调节，提高了系统的灵活性和可调性。
2. 节能效果显著。
电力电子技术可以实现对风机发电机组的功率调节和发电效率的提高，从而降低能耗和运行成本。
风电场电气系统(朱永强)第8章_电力电子
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PWM波形 调制法 生成方法 跟踪控制法
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风电场电气系统
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风电场中的电力电子 技术
§8.2 风电机组并网换流器
8.2.1 直驱式永磁同步机组的并网换流器 8.2.2 交流励磁双馈式机组的并网换流器
朱永强， zyq@ 华北电力大学 电气与电子工程学院
风电场电气系统
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风电场电气系统
18
风电场中的电力电子 技术
§8.3 无功补偿与电压控制装置
8.3.1 风电场的无功和电压控制需求
8.3.2 静止无功补偿器(SVC)
8.3.3
静止同步补偿器(STATCOM)
风电场电气系统
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.3 无功补偿与电压控制装置 § 8.3.1 风电场的无功和电压控制需求
风电场电气系统
制作人：朱永强, 田军
华北电力大学
风电场中的电力电子 技术
§8 风电场中的电力电子技术
8.1 电力电子技术基础
8.2 风电机组并网换流器 8.3 无功补偿与电压控制装置
风电场电气系统
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.1 电力电子技术基础 § 8.1.1 电力电子技术简介
模拟电子技术
风电场电气系统
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风电场中的电力电子 技术
风电场电气系统
8
风电场中的电力电子 技术
§ 8.1 电力电子技术基础 § 8.1.4 PWM控制
图8-7 用矩形脉冲序列等 效正弦波形
风力发电课件--电气系统1讲解
风力发电机组输出的电能经由特定电力线路送给用户或接入电 网。 风力发电机组与电力用户或电网的联系是通过风电场中的电气 部分得以实现的。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
§1.2 风电场的概念
风电场是在一定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、运行维护人员等共 同组成的集合体。 选择风力资源良好的场地，根据地形条件和主风向，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，并 对电能进行收集和管理，统一送入电网，是建设风电场的基本 思想。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
第1章 风电场和电气部分的基本概念
关注的问题 风电场的基本概念，电气和电气部分的概念； 电气部分的一般组成有哪些？各部分的作用是什么？ 电气部分的图形表示法 教学目标 了解风电场的基本概念和风电场电气部分的含义， 初步理解和掌握电气部分的大致构成及表示方法， 尤其是重要电气设备及其图形符号。
1. 能量转换过程
燃料的化学能→热能→机械能→电能
2. 火力发电厂三大主机
锅炉 汽轮机 发电机
3. 火力发电厂分类
凝气式火力发电厂，生产过程示意图见1-1 热电厂
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
▉ 火力发电厂— 凝汽式火电厂生产过程示意图
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
▉ 水力发电厂
发电厂中的发电机是一般意义上的电源，它将其他能源转化为 电能，如：煤炭、石油、水能、风能、太阳能、地热、潮汐等。 电能无法由自然界直接获取，是一种二次能源，那些存在于自 然界可以直接利用的能源被称为一次能源。 发电厂中发电机生产的电能一般需要经过变压器升高电压后送 入其所在电网中。 电能由电网输送到用户所在地，经降压后分配给最终的用户。 在电能生产到消费之间需要由电能可以传导的路径，由于一定 区域内发电厂和用户的分布非常复杂，因此这一路径自然形成 了网状结构，即所谓的电网，电能由发电厂生产出来以后在电 网中根据其结构按照物理规律自然分配。
电力电子技术在风电场中的应用
电力电子技术在风电场中的应用随着世界各国对环保意识日益提高以及能源危机的威胁，风力发电已经成为了一种受到欢迎的能源选择。
与传统的火力发电相比，风力发电具有环保、清洁、可再生的特点，同时也避免了对石油等化石燃料的过度依赖。
风力发电的核心就是风力发电机，而电力电子技术在风力发电机中的应用则成为了风力发电水平的重要标志。
风力发电机所涉及的电力电子技术主要有三个方面：首先是转换控制技术，其次是直流输电技术，最后是功率质量控制技术。
转换控制技术在风力发电机中，转换控制技术是最基本的。
因为这项技术被用来控制发电机转子的速度和输出的电压等电信号。
通过对风力发电机的电压、电流和功率进行调节，控制转子的转速。
其中最主要的控制参数就是无刷直流电机的转速、电磁转矩、转化效率以及电阻损失等。
直流输电技术直流输电技术被广泛应用于风力发电机的转换系统中。
这项新技术有效地解决了交流系统中输电线路电流的浪费问题。
在交流输电时，高电压线路需要通过变压器将电压降低，然后再经过输电线路传输。
但是，这种传输方式会导致线路损耗增大，电能转化效率降低。
而直流输电则通过将直流电源与电力线路相连接，实现了更高效的输电，让电能损失降低到了一定的程度。
功率质量控制技术风电场中会发生各种异常，如风速的快速变化、暴风雨等，这会影响到风力发电机的输出功率，并且容易产生电能混沌以及电网的传输失真问题。
在这样的情况下，我们需要对风力发电机的功率质量进行控制。
这项技术主要通过电流和电压调节器的设计来实现。
通过传感器、计算机控制器和反馈控制回路，能够有效地控制电流和电压的输入输出，保证发电系统的稳定性、可靠性和安全性。
总的来说，电力电子技术的应用使得风力发电成为了一项高效可靠的能源选择。
因为它可以更好地控制发电机的输出功率，从而避免了发电机过载和不能输出的情况。
同时，电力电子技术的应用也可以提供更好的电力传输方案，让电能损失降低到最小。
未来，随着电力电子技术的不断发展，风电场的输出效率将更加高效，且更加安全可靠。
风机发电机中电力电子技术应用
风机发电机中电力电子技术应用
风机发电机是将风能转化为电能的装置，其核心部件是风轮和发电机。
风轮利用风的
能量转动，而发电机则通过转换机械能为电能。
而在风机发电机中，电力电子技术起到了
至关重要的作用。
电力电子技术是指电力系统中应用电子技术的一门学科，通过控制电能的传输、变换
和分配，实现电力系统的高效、稳定和可靠运行。
在风机发电机中，电力电子技术主要应
用于三个方面，分别是变频器、整流器和逆变器。
变频器是风机发电机中电力电子技术的主要应用之一。
在发电机生成的电能输出之前，需要经过变频器进行变频处理。
变频器可以将发电机产生的电能变换成恒定频率的交流电，即使在风速变化的情况下，依然可以保持输出的频率不变。
这样可以在满足电网的要求的
情况下，最大程度地提高发电机的输出功率。
变频器还可以通过调节输出频率的大小，实
现对发电机输出功率的调节，从而实现对电网的有源电力调节。
逆变器是风机发电机中电力电子技术的又一重要应用。
在整流器将发电机的交流电能
转换为直流电能后，需要通过逆变器将其再次转换为交流电能。
逆变器可以将直流电能转
换成恒定频率和幅值的交流电能，从而实现将电能输送到电网中。
逆变器还可以通过调节
输出的频率和幅值的大小，实现对电网的无功电力调节，从而提高电网的稳定性和可靠
性。
风机发电机中电力电子技术应用
风机发电机中电力电子技术应用
风机发电机是一种利用风力转动发电机产生电能的设备。
在风能发电中，电力电子技
术是至关重要的。
电力电子技术是指在电力系统中，应用电子技术实现电力转换、调节、
控制和保护的一种技术，它广泛应用于电网系统中，如电力变换、智能电网、可再生能源
发电系统等。
在风能发电领域中，电力电子技术的应用包括以下几个方面。
一、风能转换技术
在风能转换技术上，电力电子技术主要应用于变速器以及变频控制系统。
变速器用于
调整风机转速，在不同风速下保持风机转速稳定，并提高风机的效率。
而变频控制系统可
实现风机输出电压与频率的调节，使其满足电网的要求。
二、风电系统电网连接技术
在风电系统电网连接技术上，电力电子技术主要应用于将风机产生的直流电转换为交
流电，使其能够与电网连接。
这一技术常常采用逆变器，逆变器将风机输出的直流电转换
成电网需要的交流电，并通过滤波器进行滤波处理，使得输出的交流电质量合乎电网标准
要求。
三、风电系统无功功率调节技术
在风电系统无功功率调节技术上，电力电子技术主要应用于补偿无功功率，以提高风
电系统的电功率因数。
这一技术常常采用STATCOM（静态同步补偿器）或SVC（静态无功补偿器），由电容器或电感器等元件通过电子开关控制，使其能够在瞬时调整电流、电压大
小和相位的同时补偿无功功率。
在风电系统双向功率流控制技术上，电力电子技术用于控制风机在不同转速下的功率，以便将其输出并接入电网。
这一技术常常采用双向变频控制器，该控制器使用功率型MOS 管，在双向变换器控制下，能够实现风机输出的电压和电流向电网的输送。
电力电子器件在风力发电系统中的应用
电力电子器件在风力发电系统中的应用在当今推动可持续发展的浪潮中，风力发电作为一种清洁、可再生能源逐渐受到人们的重视。
然而，风力发电系统的可靠性和效率依赖于先进的电力电子器件的应用。
本文将探讨电力电子器件在风力发电系统中的关键应用，包括变流器、功率电子开关、变压器以及电力电子控制系统。
一、变流器的应用变流器是将风力发电机产生的交流电转换为直流电的关键设备。
在风力发电系统中，产生的电流不仅需要变频，还需要与电网的频率和相位保持同步。
因此，变流器在风力发电系统中的应用显得尤为重要。
采用现代功率半导体器件构成的变流器，如IGBT（绝缘栅双极型晶体管），能够实现高效率和低损耗的能量转换。
同时，变流器还可以通过控制电流和电压的相位、幅值和频率来调节风力发电机的输出功率，以适应不同的风况和电网要求。
二、功率电子开关的应用功率电子开关是实现电力电子器件的关键组成部分，常用的功率电子开关包括IGBT、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和GTO（门极可控硅）。
在风力发电系统中，功率电子开关用于控制风力发电机的输入和输出功率，以及电网和风力发电机之间的能量转换过程。
功率电子开关的应用使得风力发电系统可以实现高效率和可靠性的能量转换。
同时，功率电子开关的快速开关速度和低损耗特性使得风力发电机能够更加精确地跟踪最大功率点，提高整个系统的发电效率。
三、变压器的应用在风力发电系统中，变压器用于升压或降压风力发电机的输出电压，以适应电网的要求。
变压器的设计和选择对于保证风力发电系统的稳定运行和高效运行起着至关重要的作用。
采用高频变压器可以减小变压器的尺寸和重量，提高效率。
变压器的核心材料和导体材料的选择以及合理的绕组配置也是确保变压器高效运行的关键因素。
四、电力电子控制系统的应用电力电子控制系统是风力发电系统的大脑，用于实现对整个系统的监控和控制，保证系统安全运行和最佳性能。
电力电子控制系统包括电力电子器件的模型建立、参数测量与估算、系统监测与故障检测、控制策略的设计和实现。
电气工程中的电力电子设备应用
电气工程中的电力电子设备应用在当今科技飞速发展的时代，电气工程领域取得了显著的进步，其中电力电子设备的应用发挥了至关重要的作用。
电力电子设备作为电能变换和控制的关键技术，广泛应用于各个领域，为提高能源利用效率、优化电力系统运行以及推动工业自动化进程做出了巨大贡献。
电力电子设备在电力系统中的应用是多方面的。
首先，在输电领域，高压直流输电（HVDC）系统凭借其高效、灵活的特点成为远距离大容量输电的重要手段。
通过电力电子换流器，交流电能够被转换为直流电进行传输，减少了输电损耗，提高了输电容量和稳定性。
此外，柔性交流输电系统（FACTS）中的静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）等设备，能够快速调节电网的无功功率，改善电压质量，增强电网的稳定性和可靠性。
在配电领域，电力电子设备也发挥着重要作用。
固态变压器（SST）相较于传统变压器具有体积小、重量轻、效率高、电能质量好等优点，可以实现电能的高效变换和灵活控制。
同时，智能配电开关中的电力电子器件能够实现快速、精确的开断操作，提高配电系统的可靠性和自动化水平。
电力电子设备在可再生能源领域的应用更是不可或缺。
太阳能光伏发电和风力发电等新能源发电系统通常需要通过电力电子逆变器将直流电转换为交流电，并实现与电网的连接和功率控制。
这些逆变器能够根据电网的需求和新能源发电的特性，实时调整输出功率，确保新能源发电的稳定接入和高效利用。
此外，储能系统中的双向变流器可以实现电能的存储和释放，对平滑新能源发电的波动性、提高电网的调峰能力具有重要意义。
在工业领域，电力电子设备广泛应用于电机驱动系统。
交流调速系统中的变频器能够实现电机的无级调速，提高电机的运行效率和控制精度，广泛应用于风机、水泵、机床等设备。
此外，在钢铁、有色冶金等行业的直流调速系统中，电力电子整流器和逆变器也起着关键作用。
同时，电力电子设备在工业电源中的应用也十分广泛，如电镀电源、弧焊电源、感应加热电源等，能够提供高质量、高精度的电能输出。
风电场电气部分
风电场电气部分1. 引言在现代能源体系中，风电作为一种相对成熟且环保的可再生能源，得到了广泛的应用和发展。
风电场的电气部分是风电场的核心组成部分，它负责将风能转化为电能，并将电能输送到电网中供用户使用。
本文将从风电场电气部分的设计原理、常用设备和技术等方面进行介绍。
2. 风电场电气部分的设计原理风电场电气部分的设计原理主要包括风机、变频器、变压器、电缆和开关设备等组成的电气系统。
风机是将风能转化为机械能的设备，变频器是将机械能转化为电能的设备，变压器用于将发电机的电能升压到输送到电网的电压等级，电缆用于传输电能，开关设备用于控制电流的流向和开关状态。
在风电场电气部分的设计过程中，需要考虑的主要因素包括发电机的额定功率、电网的电压等级、输电距离等。
通过合理选择和设计各个组成部分，确保风电场电气部分的可靠性、稳定性和安全性。
3. 常用设备和技术3.1 风机风机是风电场电气部分的核心设备，它将风能转化为机械能。
目前常用的风机有两种类型：水平轴风机和垂直轴风机。
水平轴风机是最常见的类型，它的转子通过叶片和主轴连接在一起，旋转产生机械能。
垂直轴风机的转子垂直于地面，其结构更加紧凑，适用于某些特殊场合。
3.2 变频器风机产生的机械能首先要经过变频器转换为电能才能输入电网。
变频器是一种将固定频率的交流电转换为可调频率的交流电的设备。
通过控制变频器的频率和电压，可以实现风机的平稳运行和输出电能的控制。
3.3 变压器发电机产生的电能是一种较低电压的交流电，需要通过变压器升压到输送到电网的电压等级。
变压器是一种静态电气设备，通过电磁感应原理将电能从一组线圈传输到另一组线圈。
在风电场电气部分中，常用的变压器包括发电机变压器和站内变压器。
3.4 电缆电缆是输送电能的重要组成部分，它承担着将发电机输出的电能输送到变频器和变压器的功能。
电缆应具有良好的绝缘性能、电导性能和耐腐蚀性能。
在设计电缆时，需要考虑输电距离、电压等级和额定电流等因素。
风机发电机中电力电子技术应用
风机发电机中电力电子技术应用风机发电机是利用风力转动叶片，通过发电机将风能转化为电能的发电设备。
随着风力发电技术的发展，电力电子技术在风机发电机中的应用也逐渐得到了广泛的应用。
本文将从电力电子技术在风机发电机中的应用方面进行探讨。
一、变流器技术在风机发电机中，风车转动产生的交流电需要经过变流器转换成直流电才能投入到电网中。
而变流器技术就是将交流电转换为直流电的核心技术。
随着电力电子技术的发展，变流器技术已经相当成熟，不仅转换效率高，而且具有较高的可靠性和稳定性。
通过变流器技术可以实现风机发电机的功率控制，使其可以根据电网负荷的变化进行灵活调整，满足电网的需求。
二、电力电子元器件在风机发电机中，电力电子元器件主要包括功率晶体管、整流二极管、IGBT模块、斩波器等。
这些元器件主要用于实现变流器系统的开关控制和电能转换。
随着电力电子技术的不断发展，电力电子元器件的性能也得到了不断的提升，比如功率密度、效率、可靠性等方面都有了显著的提高。
这些性能的提升不仅可以提高风机发电机的发电效率，同时也能够提高系统的稳定性和可靠性。
三、并网技术风机发电机需要将其产生的电能输送到电网中，而并网技术就是将风机发电机和电网进行连接的关键技术。
在并网技术中，电力电子技术可以用于实现风机发电机与电网之间的互联互通。
通过电力电子技术可以实现对风机发电机输出电压和频率的控制，使其与电网同步运行。
电力电子技术还可以实现对并网电流和电压的控制，提高系统的稳定性和可靠性。
四、无功功率补偿技术在风机发电机中，无功功率的频繁变化会对电网产生负面影响。
为了解决这一问题，电力电子技术可以采用无功功率补偿技术来实现对风机发电机的无功功率进行调节。
通过无功功率补偿技术可以有效地提高风机发电机的功率因数，并且保持电网的稳定运行。
这对于提高电网稳定性和减少电网损耗具有重要意义。
五、电网故障处理技术在风机发电机并网过程中，电网故障是不可避免的。
电力电子技术可以用于实现对电网故障的快速处理。
风电场电气工程 风电场电气部分的构成和主接线方式PPT课件
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§2.2 电气主接线及设计要求
§2.2.1 电气主接线的基本概念
1. 地理接线图
地理接线图就是用来描述
火电厂
某个具体电力系统中发电厂、
风电场
变电所的地理位置，电力线路
变电站
的路径，以及他们相互的联结
它是对该系统的宏观印象， 只表示厂站级的基本组成和连接关系，无法表示电气设
风电场升压站的主接线多为单母线或单母线分段接线， 取决于风电机组的分组数目。对于规模很大的特大型风电 场，还可以考虑双母线等接线形式。
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分段的数目由电源数量和容量决 定
WL1 WL2 WL3 WL4
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四、 单母线分段
单母线分段的优点：
重要用户可以从两段母线上引出两个回路，由不同的 电源供电（母线）。
当一段母线发生故障的或需要检修的时候，分段断路 器可以断开，保证另一段母线的正常运行。
缺点：当一段母线故障的时候，其所连接的回路依然 需要停电；同时重要负荷采用双回线时，常使架空线交 叉跨越；在扩建的时候需要向两个方向均衡扩建
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2. 电气主接线
在发电厂和变电所中，各种电气设备必须被合理组织连接
以实现电能的汇集和分配；而根据这一要求由各种电气设备
组对成于，电并气按主接照线一的定描方述式是由导体连接而成的电路被称为电气主 接由线电。气主接线图来实现的。
主接线电路图用规定的电 气设备图形符号和文字符 号并按照工作顺序排列， 以单线图的方式详细地表 示电气设备或成套装置的 全部基本组成和连接关系 某些需要表示接线特征的 设备则要表示其三相特征
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4. 设备工作状态
风电场站和光伏电站二次设备书籍
风电场站和光伏电站二次设备书籍
书名:风电场电气系统
内容简介本书主要讲述风电场电气部分的系统构成和主要设备，包括与风电场电气相关的各主要内容。
全书分为8章，主要内容为风电场电气系统的基本构成、主接线设计，风电场主要电气一次设备的结构、原理、型式参数及电气一次设备的选取，风电场电气二次系统、风电场的防雷和接地，风电场中的电力电子技术应用等。
书中提供了大量的实物照片和结构示意图，使读者对电气设备有直观的感性认识。
本书既可作为高等院校的教材，也可为风力发电领域的相关从业人员的培训及自学提供参考。
目录
序前言第1章风电场和电气部分的基本概念1.1风力发电概述1.2风电场的概念1.3电气和电气部分1.3.1电气的基本概念1.3.2
电气部分的一般组成1.4电气部分的图示1.5本书的主要内容习题第2章风电场电气部分的构成和主接线方式2.1风电场电气部分的构成2.1.1风电场与常规发电厂的区别2.1.2风电场电气部分的构成。
电力电子器件工作原理及在风力发电系统中的应用
电力电子器件工作原理及在风力发电系统中的应用一、引言随着能源危机日益严峻，新能源的开发和利用成为了全球范围内的热门话题。
风力发电作为清洁、可再生的能源之一，受到了广泛关注。
而电力电子器件作为风力发电系统中的核心部件，对于系统的稳定运行和能量转换起着至关重要的作用。
本文将介绍电力电子器件的工作原理以及其在风力发电系统中的应用。
二、电力电子器件的工作原理电力电子器件是实现电能的调节和变换的关键设备，常见的电力电子器件有整流器、变频器和逆变器等。
这些器件能够将输入电源的特定电流和电压转换为所需的输出电流和电压，实现电能的高效利用。
整流器是将交流电转换为直流电的设备，常用的整流器型号有单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。
其工作原理主要是利用电子器件的导通和截止特性，将输入的交流电转换为大致恒定的直流电。
变频器则是将固定频率和电压的输入电源转换为可调的频率和电压输出的设备。
逆变器是将直流电转换为交流电的器件，可以将直流电汇入电网或者给电动机供电。
这些电力电子器件常常采用晶体管、二极管等半导体器件，通过电子元件的开关工作状态，实现电能的变换。
三、电力电子器件在风力发电系统中的应用风力发电系统的核心部分是风力涡轮发电机，而电力电子器件则发挥着调节、保护和控制风力涡轮发电机的作用。
1. 变频器的应用风速是影响风力涡轮输出功率的关键因素，风速较小时，发电机输出功率较低；而风速较大时，发电机输出功率较高。
为了最大限度地提高风力发电系统的能量转换效率，可以利用变频器对风力涡轮发电机的转速进行调节，使得风力涡轮在不同风速条件下都能够保持最佳转速，从而提高输出功率。
2. 逆变器的应用逆变器主要用于将风力涡轮发电机输出的直流电转换为交流电，以满足电网的要求。
由于逆变器能够控制输出电流和电压的波形，可以实现无功功率补偿和谐波抑制，提高系统的电能质量。
3. 整流器的应用风力发电系统中还常常采用整流器，用来将风力涡轮发电机输出的交流电转换为直流电，并通过充电器对电池组进行充电。
风力发电中的电力电子技术和控制技术
风力发电中的电力电子技术和控制技术发表时间：2018-11-12T09:37:23.910Z 来源：《电力设备》2018年第17期作者：赵云[导读] 摘要：在经济飞速发展的现在，各个国家都越来越重视清洁能源的使用情况，而风力作为一种新型的清洁能源，对于很多的产品来说有很大的作用，也是因此风力发电受到了很多人的重视。
（华电福新能源股份有限公司蒙东分公司内蒙古通辽 028000）摘要：在经济飞速发展的现在，各个国家都越来越重视清洁能源的使用情况，而风力作为一种新型的清洁能源，对于很多的产品来说有很大的作用，也是因此风力发电受到了很多人的重视。
风力发电的逐步发展是顺应了时代发展的潮流，它不仅将人们的生活大为改善而且对环境污染的保护也有一定的作用。
风力发电不同于以前的发电方法，在目前为止，它是一种极为方便、清洁的发电方法。
而电力电子技术和控制技术在风力发电中也有十分广泛的应用，这些技术为风力发电起到了十分重要的作用，是不可或缺的。
本文将对风力发电中的电力电子技术和控制技术的应用进行一些必要的分析，期望可以对风力发电产业以后的前行道路有所帮助。
关键词：风力发电；电力电子技术；控制技术风力发电不需要燃料、没有污染、运行成本低、节约能源、保护环境、有利于我国保护事业的进行。
风能是清洁型的能源，其产物没有任何的污染作用。
而风力发电在很多的项目工程中均有十分强大的作用，它带动了很多产品的直接发展，在它的作用下，很多新型产品也应运而生。
但是，同样的，风力发电中也不可避免的会存在一些弊端，这些弊端滞碍了风力发电前进的步伐。
只有通过利用好电力电子技术和控制技术，保证风力发电的作用，才可以让风力发电得以逐渐进步，造福更多的人们。
一、风力发电的优点1.1充分利用了风能资源风力发电的逐步发展是适应了国家发展潮流的必然结果，当今世界下，清洁能源的使用才是各个国家发展的必要方法。
而且风能又是可再生能源，取之不尽，用之不竭，不用担心有朝一日会造成资源枯竭，这对于能源需求很大的当代社会来说，具有很强烈的现实作用，这样才会方便对能源充分利用。
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电机组额定功率的30％左右，体积和重量较小，因而具有 较低的成本。直驱型系统需要全功率变流器，即变流器的 容量需要按风电机组额定功率设计，体积和重量大，因而 具有较高的成本。 ❖ （2）结构 ❖ 直驱式风电系统的变流器接于定子绕组与电网之间，功率 输送是单向的，即只能从发电机定子绕组流入电网。因此 可以考虑采用低成本的不控或半控器件。
风电场电气工程 第8章 风电场中的电力电子设备
风电场中的电力电子 技术
第8章 风电场中的电力电子技术
❖8.1 电力电子技术基础 ❖8.2 风电机组并网换流器 ❖8.3 无功补偿与电压控制装置
风电场电气工程
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.1 电力电子技术基础 § 8.1.1 电力电子技术简介
1. 电子技术
模拟电子技术
信息电子技术
数字电子技术
电力电子技术
应用于电力领域，即使用 电力电子器件对电能进行 变换与控制
2. 电力
风电场电气工程
交流电（常用） 直流电（不常用）
火电厂、水电站、风电机组； 各种电动机
太阳能光伏发电 ； 电铁的牵引机车
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.1 电力电子技术基础 § 8.1.1 电力电子技术简介
3. 电力电子 设备作用
交流电
直流电
转换
电压频率
电压频率
电源
输配电网
用电设备
转换
转换
无功补偿、电压控制
风电场电气工程
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.1.2 电力电子器件
电真空器件
电力电子器件
不可控器件：电力二极管（Power Diode）
半导体器件 半控型器件：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件 绝缘栅双极晶体管（IGBT）
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风电场中的电力电子 技术
§8.3 无功补偿与电压控制装置
8.3.1 风电场的无功和电压控制需求
8.3.2 静止无功补偿器(SVC)
8.3.3 静止同步补偿器(STATCOM)
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.3 无功补偿与电压控制装置 § 8.3.1 风电场的无功和电压控制需PWM波形 生成方法
调制法
O
t
u
Ud
O
跟踪控制法
t
Ud
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风电场中的电力电子 技术
§8.2 风电机组并网换流器
8.2.1 直驱式永磁同步机组的并网换流器 8.2.2 交流励磁双馈式机组的并网换流器
8.2.3 无刷双馈式机组的并网换流器
8.2.4 风电机组并网换流器的总结
风电场电气工程
全控型器件 电力场效应晶体管（MOSFET）
门极可关断晶闸管（GTO）
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.1.3 变流技术
实现 整流：交流变直流（AC-DC）
整流器
电力变换
实现 逆变：直流变交流（DC-AC）
实现 斩波：直流变直流（DC-DC）
逆变器 直流斩波器
实现 变压、变频、移相：交流变交流（AC-AC）
❖ 其容量也仅为发电机容量的一小部分，类似于交流励磁双 馈式风电机组的并网换流器。除了可实现变速恒频控制， 降低变频器的容量外，还可实现有功、无功功率的灵活控 制，同时发电机本身没有滑环和电刷，既降低了成本，又 提高了运行的可靠性。
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§ 8.2 风电机组并网换流器 § 8.2.4 风电机组并网换流器的总结
变压器、变频器 移相器
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.1.4 PWM控制
PWM控制的理论基础是面积等效原理， 即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时， 其效果基本相同。 这里所说的冲量，是指窄脉冲在时域波形图上的面积；效 果基本相同，是指惯性环节的输出响应波形基本相同。
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风电场中的电力电子 技术
§ 8.2 风电机组并网换流器 § 8.2.1 直驱式永磁同步机组的并网换流器
图8-12 带有并网换流器的直驱式风电机组示意图
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§ 8.2 风电机组并网换流器 § 8.2.1 直驱式永磁同步机组的并网换流器
(a) 发电机侧为不可控整流 (b) 发电机侧为可控整流
(c) 发电机侧为不可控整流＋Boost升压 图8-13 直驱式风电机组并网换流器的常见设计方案
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§ 8.2 风电机组并网换流器 § 8.2.2 交流励磁双馈式机组的并网换流器
图8-14 交流励磁双馈式风电机组结构示意图
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§ 8.2 风电机组并网换流器 § 8.2.4 风电机组并网换流器的总结
❖ 交流励磁双馈式风电系统的变流器，连接于电网与可控励 磁电流所在的转子绕组之间。
❖ 无刷双馈式风电系统的变流器，连接于电网与可控励磁电 流所在的定子控制绕组之间。
❖ 以上两种双馈式系统，变流器中的功率流动都要求是双向 的，因此要求按双向变流器设计，即两侧变流器都应采用 全控器件，实现双PWM控制。
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§ 8.1.4 PWM控制
图8-7 用矩形脉冲序列等 效正弦波形
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图8-8 正弦波的两种PWM波形
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§ 8.1.4 PWM控制
计算法：特定谐波消去法（SHE-PWM, Selective Harmonics Elimination）
§ 8.2 风电机组并网换流器 § 8.2.3 无刷双馈式机组的并网换流器
❖ 无刷双馈式风力发电机组，其定子有两套极数不同的绕组， 一个称为功率绕组，直接连接电网；另一个称为控制绕组， 通过双向换流器连接电网。其作用分别相当于交流励磁双 馈发电机的定子绕组和转子绕组，并网换流器也要求是双 向换流器。
§ 8.2 风电机组并网换流器 § 8.2.2 交流励磁双馈式机组的并网换流器
❖ 双向换流器的电网侧和电机侧两个部分，都用可控器件实 现，均采用PWM控制方式，因此又称为双PWM变流器。双 PWM变流器的主电路结构如图8-15所示。
图8-15 双PWM型变换器主电路结构图
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