主要講述風電場電氣部分的系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備，包括與風電場電氣相關(guān)的各主要內(nèi)容。全書分為八章，重點涵蓋風電場電氣系統(tǒng)的基本構(gòu)成、主接線設(shè)計，風電場主要電氣一次設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、型式參數(shù)及電氣一次設(shè)備的選取，風電場電氣二次系統(tǒng)、風電場的防雷和接地，風電場中的電力電子技術(shù)應用，等等。書中提供了大量的實物照片和結(jié)構(gòu)示意圖，使讀者對電氣設(shè)備有直觀的感性認識。本書既可作為高等院校的教材，也適合為風力發(fā)電領(lǐng)域的相關(guān)從業(yè)人員的培訓及自學提供參考。
風電場電氣系統(tǒng)(或風電場電氣部分),是高等院校風能與動力工程專業(yè)的必修課程,也是相關(guān)領(lǐng)域的從業(yè)人員必修的基本知識｡該課程理論和實踐結(jié)合相當緊密,學習這門課是初學者應用專業(yè)基礎(chǔ)知識,認知風電場電氣系統(tǒng)工程實際的重要步驟｡
風電場電氣系統(tǒng)主要講述風電場電氣部分的系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備,包括與風電場電氣相關(guān)的各主要內(nèi)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(gòu)成和主接線方式,風電場主要一次設(shè)備及其選擇,風電場電氣二次系統(tǒng),配電裝置,風電場的防雷和接地,風電場中的電力電子設(shè)備等內(nèi)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(shè)備有直觀的感性認識,提高學習興趣并加深對理論知識的理解｡
第二,在每一章的開頭,明確了章節(jié)的主要內(nèi)容和學習重點,并設(shè)定了預期的教學或自學目標｡
本書在廣泛調(diào)研､廣泛收集素材的基礎(chǔ)上,結(jié)合多位教師的教學實踐經(jīng)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(fā)電領(lǐng)域的相關(guān)從業(yè)人員的培訓及自學提供參考｡
第1､2､8章及第3章的設(shè)備原理部分由朱永強編寫,第4､6章及第3章的其他內(nèi)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(wǎng)北京市電力公司電力科學研究院王文山,國網(wǎng)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(wǎng)天津市電力公司東麗供電分公司梁艷紅,國網(wǎng)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凌志博士,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(yè)平和劉利等同志的支持和幫助,在此一并表示衷心的感謝｡
作者
目 錄
序
前言
第 1 章 風電場和電氣部分的基本概念 1
1.1 風力發(fā)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(nèi)容 9
習題 10
第 2 章 風電場電氣部分的構(gòu)成和
主接線方式 11
2.1 風電場電氣部分的構(gòu)成 11
2.1.1 風電場與常規(guī)發(fā)電廠的區(qū)別 11
2.1.2 風電場電氣部分的構(gòu)成 12
2.2 電氣主接線及設(shè)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(shè)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(shè)計 20
2.4.1 風電機組的電氣接線 20
2.4.2 集電環(huán)節(jié)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(shè)計 22
習題 26
第 3 章 風電場主要一次設(shè)備 27
3.1 風力發(fā)電機 27
3.1.1 發(fā)電機的結(jié)構(gòu) 27
3.1.2 發(fā)電機的工作原理 30
3.1.3 大型風力發(fā)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(jié)構(gòu) 37
3.2.3 變壓器的型號表征 46
3.2.4 風電場中的變壓器 47
3.3 開關(guān)設(shè)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(guān) 58
3.3.4 熔斷器 60
3.3.5 各種開關(guān)設(shè)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(shè)備的選擇 81
4.1 導體的發(fā)熱和電動力 81
4.1.1 導體長期發(fā)熱和載流量 81
4.1.2 導體的短時發(fā)熱 82
4.1.3 導體短路時的電動力 83
4.2 電氣設(shè)備選擇的依據(jù) 83
4.2.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件 83
4.2.2 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件 84
4.2.3 電氣選擇的環(huán)境因素 85
4.2.4 環(huán)境保護 86
4.3 變壓器的選擇 86
4.3.1 變壓器的容量和臺數(shù) 86
4.3.2 變壓器的型式 87
4.4 開關(guān)電氣設(shè)備的選擇 90
4.4.1 斷路器的選擇 90
4.4.2 隔離開關(guān)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(wěn)定校驗 98
4.6.4 硬導體的動穩(wěn)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(tǒng) 103
5.1 繼電器 103
5.1.1 繼電器的結(jié)構(gòu)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(guān) 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(tǒng) 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(tǒng) 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(tǒng) 125
5.6.4 升壓變電站的圖像監(jiān)控 126
5.7 變電站綜合自動化技術(shù) 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(tǒng)的特點 130
5.7.4 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 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(shè)計要求 140
6.2.1 滿足安全凈距的要求 140
6.2.2 施工､ 運行和檢修的要求 143
6.2.3 噪聲的允許標準及限制措施 144
6.2.4 靜電感應的場強水平和限制措施 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(nèi)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 升壓變電站電工建筑物的布置 158
6.5.1 電工建筑物的總平面布置 158
6.5.2 升壓變電站電工建筑物的總布置 159
習題 160
第 7 章 風電場的防雷和接地 161
7.1 雷電的產(chǎn)生機理､ 危害及防護 161
7.1.1 雷電的產(chǎn)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(fā)電機的防雷保護 177
7.3.1 風力發(fā)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(fā)電機的接地 181
7.3.6 電氣系統(tǒng)的防雷保護 182
7.3.7 關(guān)于風力發(fā)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平 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(shè)備 199
8.1 電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 199
8.1.1 電力電子技術(shù)簡介 199
8.1.2 電力電子器件 200
8.1.3 變流技術(shù) 201
8.1.4 PWM 控制 204
8.2 風電機組并網(wǎng)換流器 207
8.2.1 直驅(qū)式永磁同步機組的并網(wǎng)換流器 207
8.2.2 交流勵磁雙饋式機組的并網(wǎng)換流器 209
8.2.3 無刷雙饋式機組的并網(wǎng)換流器 211
8.2.4 總結(jié) 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
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