福清牛头尾风力发电场电气设计研究_刘磊.docx
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1、 国内图书分类号: TM614 国际图书分类号: 621.3 学校代码: 10079 密级:公开 专业硕士学位论文 福清牛头尾风力发电场电气设计研究 硕 士 研 究 生 :刘磊 导 师 :王增平教授 企业导师 :赵芫桦高工 申 请 学 位 :工 程硕士 专 业 领 域 : 电 气 工 程 所 在 学院:电 气 与 电 子 工 程学院 答 辩 日 期 : 2011年 3 月 授予学位单位:华北电 力大学 Classified Index: TM614 U.D.C: 621.3 Thesis for the Master Degree Research on Fuqing Niutouwei Wi
2、nd Power Plant Electrical Design Candidate: Liulei Supervisor: Mentor-mentee: Prof. Wang zengping Senior engineer Zhao Yuanhua School: School of Electrical and Electronic Engineering Date of Defence: March, 2011 Degree-Conferring-Institution : North China Electric Power University 华北电力大学硕士学位论文原创性声明
3、本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文福清牛头尾风力发电场电气设 计研究,是本人在导师指导下,在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研 究工作所取得的成果。据本人所知,论文中除已注明部分外不包含他人已发表或 撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体,均已在文中 以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名:日期:年 S月日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 福清牛头尾风力发电场电气设计研究系本人在华北电力大学攻读硕士学 位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所 有,本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大
4、学 关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件 和电子版本,允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学,可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于(请在以上相应方框内打 保密 ,在 年解密后适用本授权书 不保密 作者签名: 士 J義 曰期 导师签名: 么 2 日期 : V ): 2 11年 3月 2/日 2卬年 3月巧日 华北电力大学硕士学位论文 摘要 风能的随机性和不可控性决定了风电机组的出力具有波动性和间歇性的 特点;且风机大多为异步发电机,其运行特性与同步机有着本质的区别。因 此,风电场在机组布置、机组运行方式、
5、系统组成、系统配置等诸多方面与 火电厂差别较大,不能完全照搬火电项目的设计思路。 本文结合国内福清地区风资源情况及入网条件,完成一期大型风电场电 气设计工作中的重要环节,并尽可能的对各环节进行深入研究,主要工作包 括:风力发电机组选型、风电场电气主接线设计、风电场短路电流计算、风 电场升压站电气设备选型及保护设计、 .风电场无功补偿装置设计。 本文中对风电场等值电路模型进行分析简化,由此简化电路计算出短路 电流值,并将此计算结果与设计单位提供的短路电流进行验证,总结出工程 设计中实际可行的较为简便的短路电流计算方法。本文还对现有各种风电场 无功补偿方式的优缺点进行了分析比较,提出目前较为先进、
6、经济的无功补 偿设计方案。 本文预期通过分析国际风电技术发展趋势及国内风电设备制造情况,结 合福清牛头尾风电项目的设计工作, 对国内风电场电气主接线方案设计、电 气设备选型等提出一些建议。 现阶段国内风电场工程电气设计标准化工作正在不断完善,也希望本文 能为标准化工作提供一个典型的设计实例。 关键词:风电场;电气主接线;短路电流;无功补偿 华北电力大学硕士学位论文 Abstract The randomness and uncontrollability of wind energy source will determine the characteristic of wave charac
7、ter and intermittency for the output of wind power units. Furthermore, the fans are mostly asynchronous generator. The running characteristic of asynchronous generator is essential different from the synchronous generator. Hence, wind power plant is much more different from thermal power plant with
8、regard to the respect of unit layout, running method, system composition and system configuration etc. It can not to copy the design idea of thermal power plant completely. This context is combined with the wind sources and synchronous conditions of domestic Fuqing district to complete the important
9、 segment in the electric design works for the first stage of large-scale wind power plant and it will study for every segment as much as possible. The main work will include: selection for the types of wind generator units, single line diagram design of wind power plant, short-circuit current calcul
10、ation of wind power plant, selection for the types and make the protection design of electrical equipment for the booster station of wind power plant and reactive-load compensation equipment design of wind power plant. This context is analysis and simplified the equivalent circuit model so that it w
11、ill calculate short-circuit current value by simplify the circuit. It will test and verify this calculation results through short-circuit cunent which is provided by design company. Afterwards it will conclude the calculation method for the short-circuit current through the practical, feasible and s
12、imple way in the project design. This context is also analysis and compared the advantages and disadvantages for the reactive-load compensation method of different type of wind power plant so that it will provide the advanced and economic reactive-load compensation design scheme presently. This cont
13、ext is expected to analysis the trend of international wind power technological development and domestic wind power equipment mamifacturing conditions, combines with the design works of Fuqing Niutouwei Wind Power Project and put forward some suggestion for the domestic electrical single line diagra
14、m design and selection for the types of equipment etc. Now it have already got improved continuously in the stage of domestic electrical design standardization work of wind power project and it also hoped that this context can provide a typical design example for the standardization work. Keywords:
15、wind power plant; electrical single line; short-circuit current; reactive-load compensation 华北电力大学硕士学位论文 目录 赔 . I Abstract . II 第 1 章绪论 . . 1 1.1选题背景及其意义 . 1 1.2国内外研究动态 . 2 1.2.1国际风电技术趋势 . . 2 1. 2. 2非上网型风电场 . 3 1.2.3风电场无功补偿装置 . 3 1. 2. 4海上风电场 . . 4 1.3本文研究工作 . . 5 第 2章风电场电气设计方案及设备选型 . 6 2.1风力发电机组选型
16、方案 . . 6 2.1.1风电场最优装机容量分析方法 . 6 2.1.2风电场风力发电机组布置及发电量计算 . 6 2.2风电 场电气主接线 . 10 2. 2.1风电场接入系统方案 . 10 2. 2. 2电气主接线 . 10 2.3短路电流值及主要电气设各选择 . 13 2. 3. 1短路电流值 . 13 2.3.2污秽等级选择 . 13 2.3. 3主要电气设备 . : . 13 2. 4本章小结 . 26 第 3章风电场无功补偿系统设计 . 27 3.1风电场无功补偿方式 . 27 III 1 华北电力大学硕士学位论文 3. 1. 1风电场无功需求特点 . 27 3. 1.2风电场常
17、用无功补偿方式比较 . 28 3. 1.3无功补偿要点 . .31 3. 1. 4本风电场无功补偿方式 . 32 3.2 SVG型动态无功补偿设计方案 . 32 3.2.1不同技术方案的 SVG补偿装置比较表 . 32 3. 2. 2无功补偿容量 . 34 3.2.3技术性能要求及保证值 . 34 3. 2. 4具体设计方案 . 34 3.3本章小结 . 38 第 4章风电场短路电流计算及控制保护 . 39 4. 1风电场短路电流计算 . 39 4. 1.1风电场等值电路模型的建立 . 39 4. 1.2本工程短路电流计算 . 39 4.2风电场控制保护 . 47 4.2. 1风力发电机组控制
18、保护系统 . 47 4.2.2主变压器保护系统 . 48 4.3本章小结 . 49 第 5章结论及展望 . 50 参 考文献 . 51 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 . 55 m . 56 作者简介 . 57 -IV- 华北电力大学硕士学位论文 第 1 章绪论 1.1选题背景及其意义 风力发电是目前可再生能源各种技术中发展最快、技术最为成熟、最具大规 模开发和商业化前景的产业,是最有可能成为主流电源的可再生能源技术之一。 据专家们的测估,全球可利用的风能资源为 200亿千瓦,约是可利用水力资源的 10倍。如果利用 1%的风能能量,可产生世界现有发电总量 8% 9%的电量。 我国是一个能
19、源消费大国。随着我国工业国民经济的高速发展和可开采化石 能源总量的逐日减少,大力推进节能减排,积极开发新能源,快速发展风能、太 阳能可再生能源,改善能源结构,替代常规化石能源,减少温室气体,保护生态 环境,发展循环经济是贯彻落实科学发展观、促进经济社会可持续发展的重大举 措。中国政府,早在 2005年 8月就颁布了可再生能源法,大力提倡发展风电、 太阳能发电等可再生能源,可再生能源法自 2006年一月一日正式实施后中国 政府又相继出台了可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法、可再生能 源发展专行资金管理暂行办法等一系列实施办法、实施细则,先后制定了可 再生能源中长期发展规划、十一五可再生能源
20、发展规划。 在政府的大力支持和鼓励下,国内逐步兴起开发建设风力发电的热潮,到 2010年我国风电装机总容量己接近 3000万千瓦,在此期间我国风电装备制造产 业也得到迅猛的发展,成为世界第四风电大国。即使在当前经济运行压力加大的 环境下,我国政府仍然高度重视节能减排和发展新能源,不断推进新能源和节能 环保技术产业化,加快 用新能源和节能环保技术改造传统产业,促进新兴产业发 展壮大,根据国家最近颁布的新能源振兴规划草案,我国的风电和光伏的发 展规模得到了大幅提高,到 2020年风电计划总装机容量将达到 1.5亿千瓦,届 时我国将成为全世界第一风电大国。 我国风资源属于逆向分布,风资源丰富的地区多
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