风电场基础知识

风机设备基础知识

一、风电场的组成及基本原理

风电场是指将风能捕获、转换成电能并通过输电线路送入电网的场所，由四部分构成：

1、风力发电机组：风电场的发电装置。

2、道路：包括风力发电机旁的检修通道、变电站站内站外道路、风场内道路及风场进出通道。

3、集电线路：分散布置的风力发电机组所发电能的汇集、传送通道。

4、变电站：风电场的运行监控中心及电能配送中心。

5、场内一次设备有：变压器、断路器（开关柜）、母线、隔离开关、互感器（电流和电压）、避雷器、场用变、接地电阻柜和无功补偿装置。

（1）变压器：起变换电压的作用，可以升高电压以利于功率的传输、降低线损。可以降低电压满足不同用户的需求。其组成部分有：铁芯、绕组、绝缘套管、油箱、储油柜，呼吸器、防爆管、散热器、分接开关、气体继电器以及温度计等。

（2）断路器：切断和闭合高压电路的空载和负荷电流，而且当系统发生故障时，它和继电保护及自动化装置相配合，迅速切断故障电流，以减少停电范围，防止事故扩大，保证系统的安全运行。高压断路器的主要结构分为：导流部分、灭弧部分、绝缘部分、操动机构部分。

（3）母线：载流设备，是电流的通道，承载负荷、空载电流。

（4）隔离开关的用途：设备检修时提供明显断开点，使检修设备与带电设备隔离，同时与断路器配合改变运行方式。隔离开关一般由绝缘支架、操作机构、连锁机构、动静触头、刀口等组成。

（5）互感器：将大电流变换为小电流，将高电压变换为低电压，供给继电保护及仪表所需，同时将高压系统与二次相隔离保证人员、设备的安全，同时使仪表、继电器的制造标准化、简单化，以利于生产。互感器由一、二次绕组、铁芯、绝缘支撑物组成。

（6）避雷器：用于防止雷电进行波沿线路侵入变电站或其他建筑物危害电气设备绝缘的一种防雷装置，防止雷电及内部过电压。其中阀型避雷器由套管、火花间隙、并联电阻、阀型电阻、上下法兰以及压缩弹簧及其附件组成。氧化锌避雷器由套管、氧化锌电阻、上下法兰以及压缩弹簧及其附件组成。

（7）场用变：构成与变压器相同，供给站内正常生活和生产用电。

（8）无功补偿装置：主要用来补偿电网中频繁波动的无功功率，抑制电网闪变和谐波，提高电网的功率因数，改善高压配电网的供电质量和使用效率，进而降低网络损耗。

6、场内二次设备有：

（1）继电保护装置：风力发电机、变压器、母线、电抗器、电容器、线路（含电缆）、断路器等设备的继电保护装置等。

（2）系统安全自动装置：风电智能运行控制系统、备用设备及备用电源自动投入装置、故障录波器及其他保证系统稳定的自动装置

等。

（3）控制屏、信号屏与继电保护有关的继电器和元件。

（4）连接保护装置的二次回路（含保护有直流系统）。

（5）继电保护专用的通道设备。

二、风电场选址

1、宏观选址因素

（1）基本概念：在一个较大的地区内，通过对若干场址的风能资源和其他建设条件的分析和比较，确定风电场的建设地点、开发价值、开发策略和开发步骤的过程，是企业能否通过开发风电场获取经济效益的关键。

（2）基本原则:1、风能资源丰富，风能质量好。2、符合国家产业政策和地区发展规划。3、满足接入系统要求。4、具备交通运输和施工安装条件。5、保证工程安全。6、满足环境保护要求。7、满足投资回报要求。

2、微观选址因素

微观选址按照以下原则设计：尽量集中布置、尽量减小风电机组之间尾流影响、避开障碍物的尾流影响区、满足风电机组的运输条件和安装条件、视觉上要尽量美观。

三、风速仪

传统测风仪有风杯式风速仪、螺旋浆式风速计及风压板风速仪等。新型测风仪有超声波测风仪、多普勒测风雷达测风仪、风廓线仪等。

常用的风杯式风速仪如下图所示。

这是一种机械式测风仪，由一个垂直方向的螺旋轴和三个风杯组成。风杯式风速仪的转速可以反映风速的大小。

旋桨式风速计，由一个三叶或四叶螺旋桨组成感应部分，将其安装在一个风向标的前端，使它随时对准风的来向。桨叶绕水平轴以正比于风速的转速旋转。

一般情况下，风速仪和风向标配合使用，可以记录风速和风向数据。

机械式测风仪的优点在于可靠性高，成本低。但同时也存在机械轴承磨损的情况，因此需要定期检测甚至进行更换，另外，在结冰地区，需要安装加热设备防止仪器结冰。

非接触式测风仪有超声波风速仪和激光风速仪等。超声波风速仪通过检测声波的相位变化来记录风速，这些非机械式风速仪的优点在于受结冰天气（气候）的影响较小。

四、风能资源参数的计算

1、风能

风能是大气运动具有的动能，在单位时间内流过某一截面的风能

E，亦即风功率的计算公式为

E=0.5ρSV³

式中E—风能，W;

ρ—空气密度，kg/m³；

S—气流通过的截面积，m²；

V—风速，m/s。

风能的大小分别与空气密度、通过的截面积以及气流速度的立方成正比。

2、风功率密度

风功率密度是气流在单位时间垂直通过单位面积的风能，计算公式为

P= 0.5ρV³

式中P—风功能密度，W/ m²;

风功率密度的大小与空气密度、气流速度的立方成正比。

在风能和风功率密度计算公式中，最重要的因素是风速，风速增加1倍，风能或风功率密度增加7倍。

五、风电机组选型

准确、可靠的风电场风资源评估是风电场设计的前提和基础。正确的机组选型是风电场设计的重点和关键。风电机组选择正确与否直接影响到风电场长期运行的安全性和经济效益。

风电场的机组选择主要围绕风电机组运行的安全性和经济性两方面内容，综合考虑。

1、风电机组的安全性

不同风电场条件具有不同的风况、气候因素等外部条件，因此风电机组根据不同的现场条件有不同的设计要求及相应的安全等级。

2、风电机组的经济性

机组的经济性主要是从风电场投资及其发电量两方面综合考虑。