国外风能电场电气论文目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国外发展现状 (1)1.3 本文的主要研究容 (2)第二章风电场电气系统 (3)2.1 电气的基本概念 (3)2.2 电气部分的一般组成 (3)2.3 风电场电气部分的构成 (5)第三章风电机矢量控制技术的基本知识 (6)3.1风力机特性 (6)3.2 变速恒频发电系统 (7)3.3交流电机调速控制策略 (8)3.4双馈式发电机矢量控制策略 (9)第四章双馈异步发电机 (13)4.1 结构 (13)4.2 双馈发电机变速恒频运行的基本原理 (14)4.3 双馈异步发电机的功率传递关系 (16)4.4 双馈式发电机控制 (17)4.4.1 双馈异步风力发电机控制系统 (17)4.4.2 转子变流器 (18)4.4.3 PWM控制的基本原理及交—直—交变流器 (18)4.4.4 系统的优越性 (19)第五章风电机组有功无功特性的模拟与仿真 (20)5.1 风电机组的建模 (20)5.1.1 风模型 (20)5.1.2 风轮模型 (20)5.1.3 变桨系统模型 (20)5.1.4 发电机模型 (21)5.1.5 变流器及其控制部分模型 (21)5.2 风电机组运行的模拟仿真 (24)第六章基于Bladed的电气仿真 (25)6.1 Bladed软件中对于电气参数的设置 (26)6.2 极端风况下的出力特性分析 (29)6.2.1 湍流风况下的出力特性分析 (30)6.2.2 极端风况下的出力特性分析 (33)第七章总结 (41)参考文献 (42)致谢 (43)第一章绪论1.1 课题背景风能是一种清洁的可再生能源，越来越多的国家开始重视这种清洁能源。

金风科技、华锐风电、联合动力、明阳和东汽占据了中国风电2011年新增装机市场排名的前五名，其中国电联合动力达到了2847MW，较前一年增长了73%，成为了2011年最受瞩目的风电企业[8]。

在累计风电装机容量方面，在中国市场排名前五的企业分别是东汽、维斯塔斯、华锐风电、金风科技和联合动力，华锐和金风的装机容量虽然在装机容量上有所下降，但仍然占据了中国第一和第二的位置。

据不完全的统计，到2011年，中国大约有20家企业宣布进入研制多兆瓦级风电机组的行列，功率的大多在3-6MW之间。

2012年国风电市场的发展一如既往的迅猛，新增装机将在15-18GW之间，甚至有望达到18GW左右。

根据推算，截止到2015年，风电装机将达到100GW。

分布式风电的比重会有进一步的提高，但仍然会以陆上风电和规模化开发为主，其中分布式的比例最高可达到30%。

随着电网公司特高压输电线路、智能电网等基础建设的提升，电网大围消纳风电能力和跨区域风电输送规模将增加，风电并网率将进一步改善[6]。

风电制造业企业进入了高成本低利润的时代，这也意味着行业竞争压力的提高，同时市场也更加成熟，当然，风电制造企业也将面临着更大的市场考验。

但于此同时，也提高了风电产业相对于传统能源的竞争力，风电已经成为了不可忽视的新生电源技术,下一阶段，继续推进电力体制市场化改革，协调好各方利益，落实节能调度管理办法和可再生能源配额制将是重中之重[16]。

1.2 国外发展现状根据BTM统计数据显示，2010年全球风电累计装机容量达到199.5GW，年累计增速为25%，略低于过去五年平均增速的27.4%，说明了全球市场的多元化正在逐步形成。

随着风电产业的不断发展，风电装机规模的不断增加，风电行业也不断面临着新的问题和挑战，风能资源的间歇性，风电场的复杂环境以及风况的与多样性对风力发电机提出了更高的要求，这就需要我们对风电机的电气特性有更加深入的了解。

其中风电机的有功功率和无功功率的输出是风力发电机的重要特性，其对风力发电机组的切入与切出电网有着重要的影响。

加拿大Manitoba HVDC Research Center公司开发的PSCAD/EMTDC软件是国际上流行的暂态分析软件包，对电力系统的暂态过程的研究主要依靠这款软件，同时一般电气电子线路的设计以及可等价地用电路来描述系统的仿真分析也可以依靠这款软件，PSCAD（Power System Computer Aided Design）是图形界面，EMTDC（Electro Magnetic Transients Including DC）是模拟计算程序，该软件的最大优点是直观易用的界面和精确高效的模拟，也正因此，它得到了国外电力行业用户的青睐。

英国的GL Garrad Hassan(GH)公司是世界领先的风能咨询公司。

它的业务也包括离岸风电，海洋能和太阳能。

GH公司有Andrew Garrad博士和Unsal Hassan 博士在1984年创建并已经在18个国家拥有750名雇员。

公司已经作为独立工程师为21,000 MW的风能项目并实施了超过80,000 MW的风能评估。

由GH公司开发的GH Bladed软件为用户提供了一个陆上、离岸风机性能和负载的设计解决方案。

软件具有基于Windows的绘图用户界面和在线帮助功能，操作方便，同时风机设计计算采用工业标准。

1.3 本文的主要研究容本文将对Bladed软件进行深入的学习，了解和掌握该软件的功能和特点并运用软件对风电机的有功无功功率的输出特性进行深入的分析和研究。

首先进行PSCAD软件的学习，通过软件的学习，进行风力发电机组的结构和性能进行一定程度的了解并在软件中进行建模，其中包括风模型的建模，风轮模型的建模，风力发电机模型的建模，偏航系统的建模，变流器及其控制系统的建模，得出在不同风况下的风电机的有功无功功率输出特性曲线。

通过对Blded软件的学习，了解熟悉Bladed的操作和使用，学会在Bladed 软件上设置风电机的各项参数并能通过计算得出研究目标的数据和曲线，得出在设定风况如基本风、渐变风、阵风等情况下风电机的有功无功功率输出特性。

第二章风电场电气系统2.1 电气的基本概念20世纪初，“Electrical Engineering”作为外来名词被引入我国，被翻译为“电工程”，后为了符合汉语的口语习惯逐步衍化为“电气工程”。

而电气的本意也即为电，也就是：带电的、生产和使用的电能相关的。

对于电气部分可以泛泛地理解为：由所有带电设备及其附属设备所组成的全部。

发电厂中一般意义上的电源就是发电机，它能够将其他的能源转化为电能，如煤炭、石油、水能、风能、太阳能、地热、潮汐等，也就是说那些无法由自然界直接获取的资源，是一种二次能源，而那些存在于自然界可以直接利用的能源我们称之为一次能源。

发电厂中发电机生产的电能一般需要经过变压器的升压，然后再送入所在的电网当中，这是因为在功率不变时，电压越高电流也就越小，也意味着更低的输送损耗。

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，如驱动风扇的电动机、照明用的荧光灯、空调的压缩机等。

2.2 电气部分的一般组成发电厂和变电站是整个电力系统的两个基本生产单位，发电厂的作用是生产电能，而变电站的作用则是将发电厂发出的电能变换后再分配给用户。

发电厂和变电站部的带电部分就是我们所说的电气部分。

电气部分不仅包括常规的电能生产和电能的变换部分，还包括它自身的电能消耗部分（即厂用电或所用电）。

以上用于能量生产、变换、分配、传输和消耗的部分组成了电气的一次部分。

除此之外，为了实现对场站设备的监测与控制，电气部分还包括了二次部分，即对本厂站一次部分进行测量、监视、控制和保护的部分。

电气的一次部分和二次部分都是由具体的电气设备所构成的，其中一次部分最为重要，它是由发电机、变压器、电动机等实现电能生产和变换的设备，它们和载流导体（母线、线路）相连接实现了电力系统的基本功能，即电能的生产、变换、分配、输送和消耗。

其中发电机用于电能生产，电动机和其他用电设备用于电能的消耗（电能变换为其他能量形式），母线用于电能的汇集和分配，变压器用于电能变换，线路则用于能量的输送。

图2-1 一次系统组成图二次系统是传递信号的电路，通过电压互感器和电流互感器将被测的一次设备和系统的高电压和小电流变换为低电压和小电流传递给测量和保护装置，测量和保护装置对所测得的电压和电流进行判别以监视一次设备和系统的运行状态并记录；以此为基础，人员可以使用控制设备去分合相对的开关电器，如断路器、隔离开关等；这样的设计使得二次系统可以采用低功耗标准的小型设备来实现功能。

特备需要注意的是，电压互感器和电流互感器按作用来分可以认为是二次设备，但其直接并联和串联于一次电路中，实际上是一次系统和二次系统的连接设备。

在二次系统中，为了实现测量、监视、控制盒保护功能，还需要装设必要的控制电器和信号设备。

常见的控制电器有断路器的控制开关。

断路器分合过程中有可能由于电弧未能熄灭而发生爆炸，因此断路器的分合需要在远方操作，一般在变电站的主控制室由控制开关来操作断路器的分合。

图2-2 二次系统组成图2.3 风电场电气部分的构成总体而言，风电场的电气部分也是由一次部分（系统）和二次部分（系统）共同组成，这一点和常规发电厂站是一样的。

风电场电气一次系统的基本构成大致是风机叶轮、传动装置、发电机、换流器、机组升压变压器、升压变电站中的配电装置、升压变电站中的升压变压器、升压变电站中的高压配电装置、架空线路等。

根据在电能生产过程中的整体功能，风电场的电气一次系统我们可以把它分为四个主要部分：风电机组、厂用点系统、集电系统及升压变电站。

集电系统可以将机组产生的电能分组收集起来，分组的原则是就近。

一般用电缆线路把每组的输出直接并联起来，并汇集为一条10KV或35KV架空线路，然后输送到升压变电站。

升压变电站中主变压器的功能是将汇集的电能再次提高。

一定规模的风电场一般可将电压升高到110KV或220KV，并接入电力系统。

对于规模更大的风电场，还可能需要进一步升高到550kV或更高。

风电机组发出的电能有一部分在风电场部就用掉了。

风电场的厂用电由两个部分组成，一部分是包括生产用电，另一部分是风电场工作人员在风电厂的生活用电，也就是我们所说的风电场的用电部分。

第三章风电机矢量控制技术的基本知识3.1风力机特性风电机捕获风能的位置是叶轮，再将捕获的风能转换为轮毂上的机械转矩，将捕获的风能转变为机械输出功率Pm的表达式为V=π/8ρ2D3V Cp (3-1)Pm=0.5ρACp3m)式中：A一叶轮扫掠面积(2ρ一空气的密度(kg／3m)Cp一风能利用系数D一叶轮的直径(m)Cp=E/Em=Pm/Pw (3-2) 式中：Pw一单位时间通过叶轮扫掠面的风能E一单位时间叶轮所吸收的风能Pm一单位时间叶轮吸收且转换的机械能，即风力机的输出功率Em一单位时间通过叶轮旋转面的全部风能系数Cp反映风电机吸收利用风能的效率，是一个与叶轮直径、风速、叶轮转速、均有关系的量。