风电场.docx
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风电场
提供完整版的各专业毕业设计，
1引言
能源是人类社会存在与发展的物质基础。
过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。
然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果：
资源日益枯竭，环境不断恶化。
因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。
受化石能源资源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。
特别是自20世纪90年代初以来，风力发电的发展十分迅速，世界风电机装机容量的年平均增长率超过了30%，2005年，中国政府对2020年的风电发展目标进行了修改，将风电装机容量由2000万千瓦增至3000万千瓦。
与此同时，我国在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金，充分综合利用新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。
本设计是根据长春工程学院电电信学院毕业生设计任务书所规定的设计内容要求、方法、步骤以及电厂电气部分设计的一般程序而编写。
毕业设计是在完成本专业（电气工程及其自动化）本科段全部基础课程及专业课基础上进行的。
通过本次毕业设计应达到以下目的：
1、巩固，提高已学过的专业知识，并通过本次设计能进一步学习新知识和技能，最终达到能通过获得综合运用理论知识解决实际问题的能力。
2、使自己懂得发电厂电气部分工程设计的基本程序和思想方法，使自己获得查阅文献、收集资料、计算比较、综合分析、设计图纸，编写说明书、计算书等方面的训练和基本技能。
3、能在指导老师的帮助下，通过查阅有关技术文献资料，独立完成规定内容。
4、力争在设计以及未来学习工作中，有所创新，并掌握计算机绘图的方法。
5、同时能培养遵守国家法律、法规、树立贯彻执行国家经济建设的方针、政策、观念，特别是树立贯彻执行提高综合经济效益和促进技术的进步观念。
2风力资源
2.1基本情况
项目场位于黑龙江省齐齐哈尔市，属于中温带半干旱大陆性季风气候，多年平均气温为2℃，自气象站建站以来，月平均最高温度为23.℃，月平均最低气温为-18.6℃，累年平均气压为994.3hPa，年日照小时数2742.8小时。
平均空气密度1.253kg/m。
2.1.1多年年平均风速
富裕气象站已记录有48年的气象资料，按照相关规范，本次可行性研究阶段选取近30年（1974年至2004年）的气象资料进行分析计算，近30年年平均风速见下表1-1。
表2-1：
富裕气象站近30年年平均风速（m/s）
年份
年平均风速
年份
年平均风速
1974
2.9
1990
3.3
1975
3.7
1991
2.7
1976
3.9
1992
2.8
1977
4.0
1993
3.0
1978
4.0
1994
3.2
1979
4.1
1995
3.7
1980
3.8
1996
3.8
1981
3.6
1997
3.8
1982
3.8
1998
3.8
1983
3.4
1999
3.9
1984
3.3
2000
3.7
1985
3.2
2001
3.9
1986
3.3
2002
3.8
1987
3.4
2003
3.2
1988
3.2
2004
3.2
1989
3.6
近30年年平均风速
3.6
从上述图表可以看出，气象站近30年年平均风速为3.5m/s，近20年年平均风速为3.4m/s,近10年年平均风速为3.6m/s，年平均风速相对比较稳定，这主要是由于气象站离城市较远，基本不受城市发展及周边建筑物的影响。
2.1.2月平均风速
富裕气象站近30年（1974年至2004年）各月月平均风速见下表1-2
表2-2:
富裕气象站近30年各月月平均风速（m/s）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
风速
2.9
3.9
4.2
5.0
4.8
3.7
3.1
3.0
3.4
3.8
3.6
2.9
从以上表可以看出，该地区大风月集中在3~5月份，平均风速可达到4.7m/s，小风月集中在1和12月份，平均风速为2.9m/s.
2.1.3风向玫瑰图
根据气象站提供资料，该地区风向玫瑰图表见表21-3和图1-1.
表2-3：
富裕气象站风向玫瑰数据表（%）
方位
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
百分比
10
6
5
3
4
3
4
5
7
方位
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
C
总和
百分比
6
5
4
7
7
9
9
7
100
图2-1：
富裕气象站风向玫瑰图
从以上图表可以看出，该地区盛行风向为北风至西北风，合计占总量的28%。
2.1.4资源分析
对1#测风塔40M高度和2#测风塔10M测风数据进行资源分析，按照GB/T18710-2002《风电场风能资源评估方法》的要求，绘制各类风况图。
1#风向玫瑰图
图2-2：
1#风能玫瑰图
经过对现场测风数据的处理分析，考虑2#测风塔风向数据错失过多，且距拟选厂址较远，约20KM，故缺测数据不作处理。
1#测风塔40m高年平均风速为6.2m/s，平均风功率密度为290W/m²。
按照风切变指数0.143推算，50m高年平均风速为6.64m/s，60m高年平均风速为6.83m/s，70m高年平均风速为6.99m/s。
该风电场盛行风向为西北风，主风能方向也为西北风。
盛行风向和主风能方向明显、一致，所占比例较大，有利于风力发电组的排布。
2.2我国风电机组的发展趋势
世界上近几年1500kW风电机组发展迅速，相对成熟可靠，并已经逐步商业化，其主要分布在欧洲和美国。
在欧洲，离岸风电场主要是安装2500kW和3000kW的风力风力发电机组。
对于该等级风力发电机组的研法、制造也已经趋于成熟，可以普及机组的国产化率；MW级风力发电机组的运输、安装、维护以及运行经验方面与世界水平有一定的差距，但已经开始着眼发展MW级的风力发电机组。
2.3风力发电机组选型
根据对齐齐哈尔富裕风电场现场风力资源特点、场址的地质地形特征、交通运输条件以及国内外各种风力发电机组的实际运行情况等因素综合分析，并结合目前国际上成熟的商品化风力发电机组技术规格，初步选择单机容量为WTG1500A和WTG850两种。
机型特征参数如下：
表2-4：
机型特征参数
产品型号
技术参数
WTG850
WTG1500A
1风轮
转子直径（m）
52
70.5
扫风面积
2124
3904
转速（r/min）
14.0～31.4
11.1～22.2
功率调节
变浆距+双馈感应
变浆距+双馈感应
切入风速（m/s）
4
4
额定风速（m/s）
16
13
切出风速（m/s）
25
25
2发电机
型式
双馈异步电机
双馈异步电机
容量（KW）
850
1500
电压（V）
690
690
频率（HZ）
50
50
转速（r/min）
900/1944
1000/2000
3桨叶
长度（m）
25.3
34
4齿轮箱
变比
1：
62
1：
90
5刹车系统
紧急刹车形式
盘刹车
机械盘制动
其他形式
叶片顺浆
叶片变桨
6塔架
型式
圆锥筒形
圆锥筒形
高度（m）
55
64.7
7重量
风轮（t）
10
32.9（含三个叶片）
机舱（t）
22
51
塔架（t）
77
110
2.3.1初步方案
综合考虑目前风力发电机组的价格、性能、成熟可靠性、售后服务和备品备件供应等条件，从上述可供选择的不同功率等级的风力发电机组中选择出两种机型进行初步比较。
机型一：
单机容量为850kW，共布置58台风机，总装机容量为49.3MW。
机型二：
单机容量为1500kW，共布置33台风机，总装机容量为49.5MW。
2.3.2轮鼓高度
根据风力发电机组制造厂商提供的饿技术资料，上述两种机型轮毂高度为：
机型一：
65m；机型二：
80m；
一般情况，随着轮毂高度的增加，风速都有所加大，相应发电量也有所增加，而工程总投资的增加主要表现是塔架投资和土建工程部分，投资增加相对较小，经济效益将大幅度提高。
2.3.3单机容量确定
根据选顶的四种机型轮毂高度及发电量测算结果，从发电效益、风力发电机组设备价格、配套设备、土建和其他费用等方面进行差额投资的经济技术比较.
机型
额定功率（万kW）
单机年理论发电量（万kWh）
单机理论年满负荷运行小时数（万kWh）
全场年理论发电量（万kWh）
WTG850
850
230
2705
13340
WTG1500A
1500
496
3307
16368
表2-5：
额定功率和发电量
通过以上对WTG1500A和WTG850两种机型在机组基本参数、年上网发电量、等效满负荷小时数、技术经济等方面的比较，WTG1500A机组在各方面均优于WTG850机组，因此，本期工程选用安装WTG1500A型机组，安装高度为80m的风力发电机组进行设计和计算。
2.4风力发电机组布置
风力发电机组的布置按充分利用风电场场区的风能资源，并结合场区地形地貌、植被及土地利用规划进行布置。
风机排布需考虑风向与风能情况。
风电场主导风能方向在N～NW区间，综合考虑风能利用和尾流影响，按照风电场在布置风电机组时，在盛行风向上机组间隔8倍风轮直径，在垂直于盛行风向上机组间隔6倍风轮直径的原则，WTG1500A机组行间距不小于560m，列间距不小于420m；WTG850机组行间距不小于400m，列间距不小于200m，以便风机达到最大发电量。
3主变压器及电气主接线的选择
3.1主变压器的选择
3.1.1变压器型式容量和台数的确定原则
单元接线的箱变选择：
单元接线时，主变压器容量应按发电机的额定容量，留有10％的裕度来确定。
本次设计的电厂升压主变压器和发电机出口变压器选择如下：
1＃到33＃风力发电机的出口变压器采用双绕组，变压器的选择按以下原则计算：
表3-1:
1＃和33＃发电机的主变压器均采用SLZ7-2000/35
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
阻抗电压（%）
损耗（W）
空载电流（%）
高压
低压
空载
短路
SLZ7-2000/35
2000
35+3×2.5%
6.3，10.5
6.5
3600
20800
2.5
厂内变电所升压变压器采用双绕组变压器，变压器的选择按以下原则计算：
表3-2:
厂内变电所升压变压器采用SFPZ7-31500/220
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
阻抗电压（%）
损耗（KW）
空载电流（%）
高压
低压
空载
负荷
SFPZ7-31500/220
31500
230+8×1.5%
6.3
16
29
144
0.59
3.2厂用电方案的确定
3.2.1概述
厂用电设计应根据运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进,保证机组安全、积极和满发地运行。
3.2.2厂用电源的引接方式
厂用工作电源（变压器），应尽量满足风电场的所有负荷要求。
考虑本厂实际情况，厂用工作电源在35KV母线上引接一台厂用工作变压器；
3.2.3厂用变压器选择：
厂用工作变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。
因此，对厂用变压器的容量应按厂用电计算负荷与低压厂用电计算负荷之间进行选择；厂用工作变压器的型式选择，，查《电力工程电气设备手册》得：
高压厂用工作变压器的容量为：
表3-3:
高压厂用变压器采用S7—250/35
型号
额定容量（kVA）
额定电压（kV）
阻抗电压（%）
损耗（W）
空载电流（%）
高压
低压
空载
短路
S7—250/35
250
35
0.4
6.5
640
4400
2.3
3.2.4厂用电接线方案
厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。
备用电源应具有独立性和足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得厂用电源。
接线图如图2-1，高压厂用变压器接在35kV母线上，作为厂用电源使用。
3.3电气主接线设计的要求
电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。
3.4电气主接线形式的选择
从资料所给的电压等级、出线回路数考虑，从电气主接线的可靠性、经济性极灵活性考虑35kV应选择单母线分段接线形式，220kV应选择单母线接线形式。
3.4.135kV单母线分段接线
单母线分段接线（如图2-2）的优点：
（1）用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。
（2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
单母线分段接线的缺点：
（1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电。
（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
（3）扩建时需要向两个方向均衡扩建。
3.4.2220kV采用单母线接线
单母线接线的优点：
接线简单，操作方便、设备少、经济性好,并且,母线便于向两端延伸,扩建方便。
单母线接线的缺点：
可靠性差,调度不方便。
9总结
这次设计让我学到了许多的知识。
与平时的课程设计不同的是，课程设计只需要考虑某一些方面，而毕业设计却要综合各方面的因素，将一些分散的部分连接成一个网络。
所以，毕业设计也是锻炼一个人综合能力的一次好机会。
本次设计是对我大学所学知识的一次综合检测。
设计过程中，我发现自己有许多的不足，这也需要我在以后的学习中努力地去弥补这些不足。
再一次次的失败中我总结了好多经验，我也感悟到当我们在生活中遇到困难时也要敢于面对，敢于迎接生活给我们带来的一次又一次的考验。
最后，由于本人初次进行如此大型的设计，难免经验不足，设计中出现或多或少的错误。
希望老师给谅解，我会继续努力学习，不断拼搏的！
参考文献
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中国电力出版社.2002年
致谢
毕业设计结束了，这段时间，我从分析任务书，查找资料到确定发电厂电气主接线和厂用电接线的最佳方案、短路电流计算再到选择电气设备，最后进行配电装置的设计和防雷保护的计算。
由始至终的每一个环节，都是对我所学专业课的全面考查。
因此，在设计过程中难免遇到许多的困难，不过，这些困难在老师的指导下都得以解决。
也正因为有老师的悉心指导，我的设计才能按时完成。
在此再次向我的指导老师岳海方老师表示衷心的感谢！
各位指导老师都给我们以极大的帮助，并且对学生的态度极好，给于我们以足够的亲切感，让我们更有斗志的设计，再次感谢老师给我们的大力支持与帮助，谢谢！
！
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