風電場電氣系統（第2版）

第1章風電場和電氣部分的基本概念1
1.1風力發電概述1
1.2風電場的概念2
1.3電氣和電氣部分3
1.3.1電氣的基本概念3
1.3.2電氣部分的一般組成4
1.4電氣部分的圖示7
1.5本書的主要內容9
習題10

第2章風電場電氣部分的構成和主接線方式11
2.1風電場電氣部分的構成11
2.1.1風電場與常規發電廠的區別11
2.1.2風電場電氣部分的構成12
2.2電氣主接線及設計要求13
2.2.1電氣主接線的基本概念13
2.2.2電氣主接線的設計原則15
2.3常用的電氣主接線形式16
2.3.1電氣主接線的分類16
2.3.2電氣主接線的常見形式17
2.4風電場電氣主接線設計20
2.4.1風電機組的電氣接線20
2.4.2集電環節及其接線20
2.4.3升壓變電站的主接線21
2.4.4風電場廠用電21
2.4.5風電場電氣主接線舉例21
2.4.6風電場電氣主接線方案設計22
習題26

第3章風電場主要一次設備27
3.1風力發電機27
3.1.1發電機的結構27
3.1.2發電機的工作原理30
3.1.3大型風力發電機的主流機型33
3.2變壓器34
3.2.1變壓器的工作原理34
3.2.2變壓器的結構37
3.2.3變壓器的型號表徵46
3.2.4風電場中的變壓器47
3.3開關設備48
3.3.1電弧的基本知識48
3.3.2斷路器52
3.3.3隔離開關58
3.3.4熔斷器60
3.3.5各種開關設備的功能比較61
3.4載流導體61
3.4.1導體的材料61
3.4.2導體的形狀62
3.4.3導體的功能64
3.5電抗器和電容器65
3.5.1電抗器65
3.5.2電容器66
3.6互感器68
3.6.1互感器簡介68
3.6.2電流互感器68
3.6.3電壓互感器75
習題80

第4章風電場一次設備的選擇81
4.1導體的發熱和電動力81
4.1.1導體長期發熱和載流量81
4.1.2導體的短時發熱82
4.1.3導體短路時的電動力83
4.2電氣設備選擇的依據83
4.2.1電氣設備選擇的一般條件83
4.2.2電氣設備選擇的技術條件84
4.2.3電氣選擇的環境因素85
4.2.4環境保護86
4.3變壓器的選擇86
4.3.1變壓器的容量和台數86
4.3.2變壓器的型式87
4.4開關電氣設備的選擇90
4.4.1斷路器的選擇90
4.4.2隔離開關的選擇92
4.4.3熔斷器的選擇92
4.5互感器的選擇93
4.5.1電流互感器的選擇93
4.5.2電壓互感器的選擇95
4.6導體的選擇97
4.6.1導體截面積的選擇97
4.6.2電暈電壓校驗98
4.6.3熱穩定校驗98
4.6.4硬導體的動穩定校驗98
4.6.5硬導體的共振校驗102
4.6.6封閉母線的選擇102
習題102

第5章風電場電氣二次系統103
5.1繼電器103
5.1.1繼電器的結構和原理103
5.1.2繼電器的表示符號104
5.1.3常用的繼電器類型105
5.1.4繼電保護的接線圖109
5.2二次部分的其他元件110
5.2.1接觸器110
5.2.2控制開關112
5.2.3小母線114
5.2.4接線端子､電纜和絕緣導線114
5.2.5成套保護裝置和測控裝置114
5.3二次回路115
5.3.1保護回路116
5.3.2控制回路116
5.3.3測量回路116
5.3.4信號回路116
5.3.5操作電源系統117
5.4相對編號法與安裝接線圖118
5.5風電場的二次部分120
5.5.1風電機組的保護､控制､測量､信號120
5.5.2箱式變電站中變壓器的保護､控制､測量､信號121
5.5.3風電場控制室的控制､測量､信號121
5.5.4遙測和遙信系統121
5.6升壓變電站的二次部分121
5.6.1升壓變電站的控制､測量､信號122
5.6.2升壓變電站的繼電保護123
5.6.3升壓變電站的操作電源系統125
5.6.4升壓變電站的圖像監控126
5.7變電站綜合自動化技術126
5.7.1引言126
5.7.2變電站綜合自動化的功能127
5.7.3變電站綜合自動化系統的特點130
5.7.4變電站綜合自動化系統的結構132
習題137

第6章配電裝置138
6.1配電裝置的圖示138
6.2配電裝置的設計要求140
6.2.1滿足安全淨距的要求140
6.2.2施工､運行和檢修的要求143
6.2.3雜訊的允許標準及限制措施144
6.2.4靜電感應的場強水準和限制措施144
6.2.5電暈無線電干擾和控制145
6.3配電裝置的分類145
6.3.1裝配式和成套式145
6.3.2屋內配電裝置146
6.3.3屋外配電裝置151
6.4風電機組的位置排列157
6.5升壓變電站電工建築物的佈置158
6.5.1電工建築物的總平面佈置158
6.5.2升壓變電站電工建築物的總佈置159
習題160

第7章風電場的防雷和接地161
7.1雷電的產生機理､危害及防護161
7.1.1雷電的產生機理161
7.1.2雷電的危害164
7.1.3雷電的一般防護164
7.2接地的原理､意義及措施166
7.2.1接地的基本原理166
7.2.2接地的意義170
7.2.3接地的一般要求171
7.2.4降低接地電阻的措施176
7.3大型風力發電機的防雷保護177
7.3.1風力發電機防雷保護的必要性177
7.3.2葉片的防雷保護178
7.3.3機艙的防雷保護180
7.3.4塔架的防雷保護180
7.3.5風力發電機的接地181
7.3.6電氣系統的防雷保護182
7.3.7關於風力發電機防雷保護的思考182
7.4集電線路的防雷與接地183
7.4.1集電線路的感應雷過電壓183
7.4.2集電線路的直擊雷過電壓和耐雷水準184
7.4.3集電線路的雷擊跳閘率189
7.4.4集電線路的防雷保護措施190
7.5升壓變電站的防雷與接地191
7.5.1升壓變電站的直擊雷保護191
7.5.2升壓變電站的侵入波保護193
7.5.3升壓變電站的進線段保護194
7.5.4升壓變電站的變壓器防雷保護196
習題198

第8章風電場中的電力電子設備199
8.1電力電子技術基礎199
8.1.1電力電子技術簡介199
8.1.2電力電子器件200
8.1.3變流技術201
8.1.4PWM控制204
8.2風電機組並網換流器207
8.2.1直驅式永磁同步機組的並網換流器207
8.2.2交流勵磁雙饋式機組的並網換流器209
8.2.3無刷雙饋式機組的並網換流器211
8.2.4總結211
8.3無功補償與電壓控制裝置212
8.3.1風電場的無功和電壓控制需求212
8.3.2靜止無功補償器213
8.3.3靜止同步補償器215
習題216
參考文獻217

風電場電氣系統(或風電場電氣部分),是高等院校風能與動力工程專業的必修課程,也是相關領域的從業人員必修的基本知識｡該課程理論和實踐結合相當緊密,學習這門課是初學者應用專業基礎知識,認知風電場電氣系統工程實際的重要步驟｡

風電場電氣系統主要講述風電場電氣部分的系統構成和主要設備,包括與風電場電氣相關的各主要內容｡全書分為8章,重點涵蓋風電場和電氣部分的基本概念,風電場電氣部分的構成和主接線方式,風電場主要一次設備及其選擇,風電場電氣二次系統,配電裝置,風電場的防雷和接地,風電場中的電力電子設備等內容｡

本書在撰寫風格上具有如下特色:

第一,提供了大量的實物照片和示意圖,使讀者對電氣設備有直觀的感性認識,提高學習興趣並加深對理論知識的理解｡

第二,在每一章的開頭,明確了章節的主要內容和學習重點,並設定了預期的教學或自學目標｡

本書在廣泛調研､廣泛收集素材的基礎上,結合多位教師的教學實踐經驗,精心編制,力求反映廣大師生的要求,做到好讀易教;也可為風力發電領域的相關從業人員的培訓及自學提供參考｡

第1､2､8章及第3章的設備原理部分由朱永強編寫,第4､6章及第3章的其他內容由張旭編寫,第5章由張旭､朱永強､夏瑞華共同編寫,第7章由尹忠東､朱永強共同編寫｡

參加本書第1版編寫工作的還有國網北京市電力公司電力科學研究院王文山,國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院唐佳能､韓明､趙娟､楊林娜､張凱等｡

參加本書第2版編寫工作的有國網天津市電力公司東麗供電分公司梁豔紅,國網山東省電力公司檢修公司蔡冰倩,華北電力大學研究生李翔宇､劉康等｡

另外,在本書的編寫過程中,還得到了中國電力科學研究院新能源研究所王偉勝所長和朱淩志博士,龍源電力集團范子超博士,清華大學姜齊榮教授和張春朋博士,華能文昌風電廠盧業平和劉利等同志的支持和幫助,在此一併表示衷心的感謝｡

作者