山东大唐清洁能源风电项目研究-宋骥.pdf

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1、 1 谨以此论文献给 老师 、 家人 、 同事 、 学校以及所有关心 帮助我的人 -宋骥 2 山东大唐清洁能源风电项目研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 3 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 （注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空） 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 - 学位

2、论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 4 山东大唐清洁能源风电项目研究 摘 要 虽然通过国家多年的持续支持，我国在风电领域取得了长足进步，

3、但因我国风电起步较晚，与国际先进水平相比还存在较大差距。基于我国风电产业现状及国内外趋势，可以看到我国风电产业仍面临许多困难和挑战：先进风电装备自主 设计和创新能力有待加强；风电场设计、施工、并网及运行等关键技术需要提升；风电标准、检测和认证等公共服务体系有待进一步完善；风电学科建设、人才培养亟待加强等。针对以上问题，规划重点设置了整机及零部件等前沿技术、大气边界层风特性关键技术、风电机组设计、软件系统开发、大型风电场设计、并网及运营关键技术、海上风电场工程建设关键技术等研究内容。 本文首先介绍了风电开发现状和风电发展。 介绍山东大唐清洁能源有限公司。 再介绍了风电机的系统结构和风电控制传输系

4、统，主要分析 风电机组 以及 风电控制传输系统的 情况。 本文主要讨论的是 ，风电机的结构和控制传输系统的合理应用，具有高可靠性、方便易用等特点。选用先进的智能功率控制模块，加上完善的控制策略，极大地提高了转换效率和电能质量。完善的保护功能保证产品在异常状态下不会损坏，提高了运行的可靠性。技术的及时更新变革将对整个风电行业产生深远影响。 风力发电技术的发展。使得风力发电的成本进一步降低。其在电力市场中所占份额得以提高。具备了和常规能源竞争的能力。加快了世界能源结构的优化。然而，如何更加有效地利用风能、提高风力发电系统的效率，减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发电系统的控制 技术提出了

5、更高的要求。是目前风力发电系统研究的重要课题之一。而电力电子技术及现代控制技术的发展为解决这一课题提供了较好的技术方案。 关键词：风电机 ； 策略 ； 转换效率 ； 电能质量 5 Shandong Datang clean energy wind power project Abstract Through the continued support of the country for many years, China has made considerable progress in the field of wind power, but there are still large g

6、aps compared with the international advanced level because of the late start of Chinas wind power. Basing on the status quo of the wind power industry, and the trends between domestic and international, we can see that Chinas wind power industry is still facing many difficulties and challenges, such

7、 as independently design of advanced wind electric equipment and innovation capacity need to be strengthened; wind farm design, construction, network and run and other key technologies need to be enhanced; standards, testing and certification of wind power and other public service system should be f

8、urther improved; discipline construction of wind power, personnel training should be strengthened. To solve the above problems, the plan is focusing on key technology research such as machine and spare parts, the key technology of the atmospheric boundary layer wind characteristics, wind turbine des

9、ign, software system development, large-scale wind farm design, and network operators key technology, offshore wind farm construction projects. This paper first introduces the development of wind power development status and the countrys wind power. Giving some introduce to Shandong Datang clean ene

10、rgy Limited. And then introduces the system structure of the wind turbine and wind power control transmission systems, mainly analyses wind turbines and wind power to control the transmission system. This paper mainly discusses the reasonable application of the structure and control of the transmiss

11、ion system of the wind turbine which has high reliability, and easy-to-use features. Selecting state-of-the-art smart power control module and plus a comprehensive control strategy, which can greatly improve conversion efficiency and power quality. The perfect protection function is to ensure the pr

12、oduct will not be damaged in an abnormal state and improve operational reliability. Timely update change of technology will have a profound impact on the entire wind power industry. The development of wind power generation technology makes the cost of wind power further reduced. And then the share o

13、f the electricity market can be increased. Moreover, possess the ability can compete with conventional energy and accelerate the optimization of the energy structure in the world. However, how to make more effective use of wind energy, improve the efficiency of wind power generation system, reduce t

14、he grid impact and power harmonics and improve the power factor are also putting forward higher requirements to the wind power system control technology. This is one of the important topics of the wind power system studies. The developments of power 6 electronics technology and modern control techno

15、logy have provided better technical solutions to solve this topic. Keywords： The wind motor； Control strategies； Conversion efficiency； Power quality 山东大唐清洁能源风电项目研究 7 目录 摘 要 . 4 Abstract . 5 引 言 . 9 1 风电开发现状和的风电发展 . 16 1.1 风电开发现状 . 16 1.1.1全球风电装机规模发展情况 . 16 1.1.2全球风电行业概况 . 16 1.1.3 我国的风能资源简 . 17 1.2

16、 风电发展 . 18 1.2.1我国风电装机规模发展和现状 . 18 1.2.2山东省风电现状未来发展建议 . 20 1.3 本章小结 . 23 2 风电机 . 24 2.1风电机的系统结构 . 24 2.1.1 外部条件 . 24 2.1.2 机械结构 . 24 2.2 风电场机组的选型问题 . 28 2.2.1 概述 . 28 2.2.2 风电机组的技术与性能 . 28 2.2.3 机组选型应考虑的问题 . 32 2.2.4 机组的安全性要求 . 33 2.2.5 风电机组塔高的确定 . 33 2.3 本章小结 . 33 3 风电控制传输系统 . 34 3.1 风电控制系统 . 34 3.

17、1.1 风力发电机组控制单元 . 35 3.1.2远程监控系统 . 36 3.1.3风电控制系统功能 . 36 3.2恒速恒频风电机组的控制 . 39 3.2.1 机组选型应考虑的问题 . 39 3.2.2小发电机的切换 控制 . 39 3.2.3 变桨距控制方式及其改进 . 40 3.2.4 无功补偿控制 . 41 3.2.5 偏航与自动解缆控制 . 41 3.2.6 停车控制 . 41 3.3变速恒频发电机组的控制 . 42 3.3.1 同步发电机交一直一交系统的控制 . 42 3.3.2 双馈发电机的控制 . 43 3.4 风电控制传输系统 . 46 3.4.1 系统需求 : . 46

18、3.4.2 方案分析： . 47 3.4.3 方案的优势 . 48 3.5 本章小结 . 50 总 结 . 51 山东大唐清洁能源风电项目研究 8 参考文献 . 52 致 谢 . 54 附录 1 大唐中心监控室控制系统 . 55 附录 2 大唐中心监控室交换机 . 56 个人简历 . 57 发表的学术论文 . 58 山东大唐清洁能源风电项目研究 9 引 言 风电：是风能发电或者风力发电的简称。属于可再生能源，清洁能源。 风能是风力发电的主要载体，风能资源具有可再生、洁净、规模大的优势，目前，国际倡导的正是清洁能源。风电技术装备在风电领域里扮演着重要的角色，是风电产业发展赖以生存的基础，国际上已

19、采取了一系列方案来鼓励本国加大风电产业的发展力度。目前，我国在风电产业方面可谓是硕果累累，不断涌现的风电装备制造企业为我国风电产业注入了活力，比如： 金风、华锐。据统计 2010年末我国风电装机容量跃居世界第一。 风电作为一种温室气体零排放的替代能源技术，被广泛认为有可能在未来取代传统燃料，成为新增发电量的主力军。随着能源短缺和全球经济的强劲增长导致环境问题激增，公众环保意识增强，风电在世界能源电力市场中发展最为迅速。风电项目属于国家鼓励和支持的可再生能源项目，其所拥有的技术含量高、易开发、能量大等特点使其一举成为了最具发展潜力的一大洁净能源。 发展风能、光伏发电等新能源是缓解我国资源瓶颈、确

20、保能源供给的流畅性以及安全性、可靠性的不二之选；是保护环境生态、 改善人类居住环境的有效方式；是实现可持续发展，构建和谐社会的最佳选择。 早在 1996年，我国落成的风电场每台机子的容量大致为 150300千瓦，自 2000年之后，所采用的容量均换成了 600750千瓦。 2001年伊始，我国辽宁营口仙人岛引进了 4台 1.3兆瓦的风机；随后山东于 2003 年引进了 12 台 1.3 兆瓦的风电机组，在之后的两年内，陆续引进了 69台 1.5兆瓦的风电机组，该机组塔架有 6570米高，直径有 7077米。之后，新疆金风公司、华锐风电、东汽集团等以联手研发以及借鉴国外技术的手段，相继研发 出

21、了一组拥有 70%之多国产化率的兆瓦级别的风电机组。通常情况下，通过定浆等这种传统技术通常用于 600750 千瓦的风电机，为了增强风电机组的发电率，目前的新产品均运用了变浆技术以及变速技术。目前，已经普及了无齿轮技术的企业仅有新疆金风公司，这个公司同德国 Vensys形成了密切的合作关系，推出了直驱式 1.2兆瓦风电机组， 2005年 5月，该机组的样机正式测试运行。 我国发展风电的目的，归纳一下主要应该有这几点：一是保障能源供应 ;二是做好技术及产业储备，应对未来可能的化石能源短缺 ;三是减少排放，保障 15%承诺 (指我国政府做 出的2020年非化石能源比重达到 15%的承诺 )的实现。

22、 山东大唐清洁能源风电项目研究 10 最近十余年来，风球风电产业呈良好发展势态。仅 19952006 年间，世界上的装机容量就攀升了 28.3%，新添的装机容量 在 2006 年达到了 1519.7 千瓦。其中排名前五的装机容量国家以及装机容量为：美国（ 245.4万 KW）、德国（ 219.4万 KW）、印度（ 184万 KW）、西班牙（ 158.7 万 KW）、中国（ 133.7 万 KW）。 直至 06 年末，世界上的装机容量已经达到了 7422.3万 KW。随着世界上风电产业的蓬勃发展，欧洲从始至终都是该领域的佼佼者。根据欧洲原 先出台的发展计划，其预计再 2010 年达到 4000

23、万 KW 的装机容量，然而早在 2005 年，欧洲就早已提前完成了这一计划。按照欧洲风能协会的预计，自 2010 年至 2030 年这 30 年间，每10年大风机容量将分别达到 2 亿 KW、 12 亿 KW、 27亿 KW。到那时，风电将总共占全球发电量的 35%，世界的主要能源将被风电所主宰。 欧洲等发达国家大力发展风电等可再生能源的主要目的是应对气候变暖和减少碳排放。已有风电场大多装机规模较小，除近期集中开发的大规模海上风电场采用高电压远距离输送外，主要是分散接入配电网就地消纳。德国 2006 年风电场装机容量小于 50MW，接入 110kV以下配电网规模约占总量的 70%；丹麦风电机组

24、主要接入 30kV及以下网络， 2006年底丹麦风电装机容量中，约 88%接入低压网络和 10 30kV配电网。 未来待开发的风能资源通常离主要负荷中心较远，或位于海上，大规模开发规划通过高电压等级线路接入电网，远距离输送至负荷中心地区。 风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采 用异步发电机，这个调节过程自动完成。 除了上述零部件之外，现代最新的风电机都带有十分复杂的控制系统，拆装维护都需要专门的公司来进行。 山东的风能资源具有很高的开发利用

25、价值。资料显示，沿海地区年有效风速，累计在 4000小时以上，近海区域多于 5000 小时，长岛、青岛、成山头等地在 6500 小时以上。丰富的风能资源也促使各级政府和能源开发企业利用风电的积极性很高，山东各地风电场建设发展迅速。 青岛即墨市鳌山湾一带受崂山余脉和海岛影响，形成了长达 60多公里的狭长 “ 疾风带 ” 。如今总投资 42亿元的 400台风电 机组即将陆续安装到这个金口镇和王村镇的山地及盐滩上，到 2008 年，即墨市风电总装机容量将达 33 万千瓦，长的鳌山湾畔将形成山东省最大的 “ 风电长廊 ” 。这不仅对于沿海地区的风力发电研究与产业化发展将起到积极的示范带动作用，并将显著改善青岛市的电源结构。