风电场基础知识

    一、风力发电的基本原理

    并网型风力发电机组的功能是将风中的动能转化成机械能，再将机械能转化为电能，输送到电网中。

    对并网型风力发电机组的基本要求：在当地风况、气候和电网条件下能够长期安全运行，取得最大的年发电量和最低的发电成本。

    二、风电场的组成

     1. 升压站部分

     升压站的作用是把低电压等级电压转化成高电压等级电压，降低电能损耗，从而经济、稳定的完成电能的输送。

     升压站电压等级：10KV  35KV  110KV  220KV  500KV  750KV  1000KV

     升压站一次系统的组成：

    ① 主变压器

    主变压器原理：利用电磁感应原理，把一个电压等级转化成另一等级。

    变压器的分类：按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。

　　按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。

    ② 无功补偿部分

    无功补偿作用：当电网中电压不稳定或电压降低时，通过补偿无功以保证电网的稳定、可靠.

    电容器分类：全补偿式电容器、SVC自动无功补偿

    ③ 风机进线部分

    ④ 站用电部分  

2. 风机部分

      风机的组成: 叶轮(叶片+轮毂)、机舱、塔筒、基础（如下图）

① 叶轮

叶轮由叶片和轮毂组成.

叶片：主要材料有玻璃纤维增强塑料（GRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、木材、钢和铝等复合材料组成。叶片的刚度、固有特性和经济性是主要的，所以对材料的的选用很重要。

    复合材料的优点：

    ㈠复合材料的可设计性强

    ㈡易成型性好

    ㈢耐腐蚀性强

    ㈣维护少、易修补

       轮毂：轮毂是联接叶片和主轴的重要部件,,如下图

    轮毂作用是传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去，由此叶片上的载荷可以传递到机舱或塔筒上。

    轮毂的材料是铸钢也可以采用高强度的球墨铸铁。

    ② 塔筒

    塔筒的作用：支撑机舱达到所需要的高度，其上安置发电机和控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆，还装有供操作人员上下机舱的扶梯。

    ③ 基础

    基础为钢筋混凝土结构，根据当地地质情况设计成不同的形式。其中心预置与塔筒连接的基础部件，保证将风力发电机组牢牢固定在基础上。基础周围还要设置预防雷击的接地系统。

    ④ 机舱

    机舱由底盘和机舱罩组成,底盘上安装初了控制器以外的主要部件。机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器，底部与塔筒相连。

    三、并网型风机的组成

    并网型风机由变速传动系统、偏航系统、液压系统、安全系统、控制系统组成。

    1.变速传动系统包括主轴、齿轮箱和联轴节。轮毂与主轴固定连接，将风轮的扭矩传递给齿轮箱。大型风力发电机组风轮的转速一般在10-30r/min范围内，通过齿轮箱增速到发电机的同步转速1500r/min,经高速轴、联轴节驱动发电机旋转。如图

    2.偏航系统：功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔筒中心线旋转，使叶轮扫掠面积与风向保持垂直。风向标是偏航系统的传感器，将风向信号交给控制器，然后反馈给偏航电机，驱动晓齿轮沿着与塔筒顶部固定的大齿圈移动，经过偏航轴承使机舱转动，直到风轮对准风向后停止。如图

    偏航系统的组成：偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压回路等几部分组成。

    3.液压系统：   

    (1)定桨距风力发电机组的液压系统（叶尖刹车系统）

    风力发电机组的液压系统和刹车机构是一个整体。在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是执行风力发电机组的气动刹车和机械刹车。

    (2)变桨距风力发电机组的液压系统   

    变桨距风力发电机组中，液压系统主要控制变桨机构，实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械刹车机构。

    4.安全系统：机组控制运行安全保护系统。

    (1).大风保护安全系统   机组设计有切入风速，切出风速，一般取10min，25m/s的 风速停机；由于此时风的能量很大，系统必须采取保护措施，在停机前对失速型风机，叶轮叶片自动降低风能的捕获，风力发电机组的功率输出仍然保持在额定功率左右，而对于变桨风力发电机组必须调节叶片变桨角，实现功率输出的调节，最大功率的输出，保证发电机运行安全。当大风停机时，机组必须按照安全程序停机。停机后，风力发电机组必须90度对风控制。

    (2).参数越界保护

    (3).电压保护

    (4).电流保护

    (5).振动保护

    (6)紧急停机安全链保护

     5.控制系统

     控制系统是以主动或被动的方式控制机组的运行，使系统运行在安全允许的规定范围内，且各项参数保持在正常工作范围内。控

制系统可以控制的功能和参数包括功率极限、风轮转速、电气负载的连接、起动及停机过程、电网或负载丢失时的停机、纽缆、机舱对风、运行时电量和温度参数的。（新能源办 陈辉）