第一章 绪论
1.1风电场设计的背景
近年来,环境问题已经越来越受到全球的关注，发展新能源的意识正在不断加深。世界上很多国家，特别是发达国家，已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电的开发也给予了高度的重视。在我国，风力发电也在近几年得到了快速的发展，风电成为了一项新兴的产业。国家也正在大力推动风电的建设，并制定了一系列扶持和促进风电发展的政策。国内风电的装机容量也快速上升，各地的风电场建设也在不断地计划和建设中。在这种情况下，风电场设计的工作量也在快速增长当中。很多设计单位的风电场设计工程的数量都在增加，有些设计院甚至专门设立了新能源设计部门，专门负责风电的设计。很多之前没有接触过风电的设计人员，都加入到风电设计的队伍中。
1.2研究风电场设计技术的意义
我国正在大力推动风电的建设，这是一个改善风电场设计技术比较混乱的现状的一个契机。风电场设计水平的发展和提高，对于风电建设的进一步发展有着重大的意义，主要表现在以下几个方面：（1）风电场的选址、风机点的选址主要是从风资源的角度去考虑，而关于风电场内的接线方案、风机布置方案的研究可为其提供参考因素。（2）为风力发电机的选型提供参考。（3）现已设计的许多风电场的风机分组、接线方式都采用最直观的方案，但缺乏经济性、可靠性方面的综合考虑。风机分组、接线的讨论为今后的设计提供多种参考方案，有利于设计时择优选取。（4）为风电场的无功补偿、接入系统等方面的设计提供参考方案和意见。（5）对国内一些典型的风电场工程的设计方法进行对比和讨论，总结出包括上述几点意见在内的意见和建议，为今后的风电场设计提供一些总结性的经验和参考意见，便于今后对风电设计理念和方案的统一，节省可研阶段的前期设计的时间和成本。
1.3 风电设计的发展现状
1.3.1 国外风电发展现状
近 30 年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风能发电技术日臻完善，风能发电机单机额定功率最大已经到 5MW，叶轮直径达到 126m。欧洲风能协会最新的评估资料显示，截至 2008 年底，欧洲风力发电装机容量约占全世界风电总装机的 70％，比 2007 年增长 17％，提供了欧盟近 3.2％的电力消费量。按照现有趋势，到 2019 年，欧洲许多国家的风力发电将占本国总发电能力的 10％以上。根据技术和能源发展的需要，2007 年初，欧盟又进一步修订了风电发展计划和目标，要求到 2010 年风电装机容量达到 8000 万千瓦，比 1997 年提出的目标翻了一番，并且提出到 2020 年风电装机达到 1.8 亿千瓦，发电量达到 4300 亿千瓦时，分别占欧盟发电装机容量和发电量的 20%和 12%；2030 年风电装机容量要达到 3 亿千瓦，发电量要达到 7200 亿千瓦时，届时分别占欧盟发电装机容量和发电量的 35%和 20%。在不太遥远的未来，风电将成为欧盟的重要替代能源。现在，德国的风电设备制造业已经取代了汽车制造业和造船业，成为德国第一大钢材用户，近日德国制定了一个新的风电发展长远规划，设定到 2025 年风电至少占总用量的 25％，到 20 年占总用量的 50％。丹麦已经成功地用风电来满足国内的电力需求，过去一直提倡核能运用的法国，也开始制定长远规划来发展风能发电。在风电设备制造和理论研究都取得重大发展的同时，在国际上，主要是欧美国家，他们的风电设计也发展得相当成熟了。他们已经形成了一套比较全面的、而且非常详细的关于风电的设计理论和规范，包括风机等风电设备的制造和安装规范、风电场接线规范等各方面的内容。他们的风电工程设计经验也比较丰富，不管在设备制造方面还是在设计理论方面都出于国际领先地位。
第二章 风电场介绍
2.1 我国风力发电现状
我国风电是从 2003 年开始真正起步、发展，2006 年后发展得比较快，从 2006 年到2008 年，连续 3 年实现总量每年翻番，年增长率都超过了 100%，发展速度非常快。我国已经成为世界上风电发展最快国家之一，这表明我国已经进入了大规模开发风力发电的历史阶段。截止至 2008 年中，中国除台湾省外累计风电机组 1864 台，装机容量 126.6万 kW，风电场 62 个。按照我国发展规划目标，到 2010 年全国风力发电装机容量达到500 万千瓦。到 2020 年全国装机容量达到 3000 万千瓦。中国“十一五”国家科技支撑计划重大项目“大功率风电机组研制与示范”支持 1.5～2.5MW、2.5MW 以上双馈式变速恒频风电机组的研制；1.5～2.5MW、2.5MW 以上直驱式变速恒频风电机组的研制；1.5MW 以上风电机组叶片、齿轮箱、双馈式发电机、直驱式永磁发电机的研制及产业化；1.5MW 以上双馈式风电机组控制系统及变流器、直驱式风电机组控制系统及变流器的研制及产业化；近海风电场建设关键技术的研究；近海风电机组安装及维护专用设备的研制；大型风电机组相关标准制定及风电技术发展分析等 16个课题的研究。“十一五”末，我国风电技术的自主研发能力将接近世界前沿水平。国家制定的发展目标及一系列激励政策，为风电开发的企业明确了方向，增强了信心。
第三章 风电场接线方案......... 16-28
3.1 概述......... 16
3.2 风电机组升压方案......... 16-19
3.3 风电场升压站方案......... 19-20
3.4 10kV/35kV 集电线路方案......... 20-21
3.5 风机分组及连接方案......... 21-27
3.5.1 方案描述......... 21-23
3.5.2 实例说明......... 23-24
3.5.3 方案比较分析 .........24-27
3.6 本章小结 .........27-28
第四章 风电场无功补偿设计 .........28-39
4.1 概述 .........28-29
4.2 风电场的电压稳定......... 29-30
4.2.1 风电场电压稳定特性......... 29-30
4.3 风电的无功补偿......... 30-35
4.3.1 并联电容无功补偿的特点......... 30-31
4.3.2 机端并联电容补偿容量的确定......... 31
4.3.3 算例分析.........31-35
4.4 TCR 型SVC 对风电场的无功优化......... 35-37
4.5 本章小结......... 37-39
第五章 风电场接入电网对电网的影响......... 39-46
5.1 前言......... 39
5.2 静态电压稳定......... 39-40
5.3 动态电压稳定性......... 40-43
5.4 谐波问题......... 43-44
5.4.1 谐波产生原因......... 43
5.4.2 解决方案 .........43-44
5.5 二次接入系统设计......... 44-45
结论
本文主要结论如下：
（1）风力发电机第一级升压方案中，35kV 电压等级比 10kV 电压等级更经济、技术上更优越。
（2）风电场中心升压站的升压方案中，宜采用 35kV 电压等级接入电网的方案，但由于很多地区的 35kV 系统已淘汰或正在淘汰当中，通过 110kV 电压等级接入电网也是一种可行的，而且常用的方案。
（3）风电场集电线路方案从经济上考虑宜选取架空线方案，但在某些风电场，特别是沿海地区，环境条件比较恶劣，采用架空线比采用埋地电缆方案的经济优势不明显，而且可靠性比较低，所以在这些放电场，采用电缆集电线路就成为首选的方案。
（4）在风力发电机的多种分组连接方式中，链形结构的建设成本最低，但是有功损耗、电压偏差是最大的；单边环形结构的有功损耗、电压偏差是最小的，但是建设成本最高；双边环形、复合环形结构在各种因素中处于中间位置，综合特性最好。其中，复合环形结构的有功损耗、电压偏差均低于双边环形结构，但建设成本也比双边环形结构低，复合环形结构任一主电缆故障，所有回路均有故障电流，所以故障判断和继电保护复杂。具体采用哪种方案，需要根据具体风电场的要求确定。
（5）风电场的无功补偿也有几种方式。采用双馈式风机，自身可以发出有功和无功，对系统的无功影响比较小；配备电容器组无功补偿装置，可以根据风电场的总体的无功消耗情况进行补偿。对于电容器组的无功补偿装置，可根据具体风电场对于无功响应的要求选择一般的分级补偿或者是快速的、平滑的补偿方案。
（6）风电场接入电网对系统的影响是一个重要的问题，电压稳定性是一个很复杂的问题，其影响因素很多，本文的第五章在这方面进行了一些比较简单的讨论，在最后提出了通过完善二次保护和控制系统来提高风电场的安全运行水平的观点。
总之，本文对风电场工程设计中的几个主要的问题进行了一定深度的探讨，总结出一些可在风电场设计过程中用到的结论，并指出一些应注意到的问题，可在今后的设计中作为参考。
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