风力发电技术讲座六 风电场及风力发电机并网运行.pdf

技术讲座RENEWABLEENERGYNo.62006(130IssueinAll)

风力发电技术讲座(六)
风电场及风力发电机并网运行

姚兴佳,王士荣,董丽萍
(沈阳工业大学风能技术研究所,辽宁沈阳110023)

中图分类号:TM614文献标志码:B文章编号:1671-5292(2006)06-0098-04

1风电场W/m2以上;
风电场(即风力发电场)是大规模利用风能②风电场地区的盛行风向(经常出现的风
的有效方式。风电场是在风能资源良好的较大范向)稳定;
围内,将几台、或几十台、或几百台单机容量数十③要测量和收集预选风电场址(至少2年)
千瓦、数百千瓦,乃至兆瓦的风力发电机,按一定的风况特性(包括风速、风向、风频及风速沿高度
的阵列布局方式,成群安装组成的向电网供电的的变化等),以便对场内安装的风力发电机的发电
群体。量作出精确的估算;
(1)风电场的发展④有预选风电场址所在地区的气象环境情
20世纪70年代末,风电场的概念首先在美况(如温度、相对湿度、大气压力、空气密度)及特
国提出。到1987年,世界上90%以上的风电场建殊气象情况(如台风、大风、冰冻、盐雾、沙尘、雷
在美国,主要分布在加利福尼亚州及夏威夷群电、紊流等)的详细观测数据及资料;
岛,装有7000多台不同型号风力发电机,总装⑤有风电场地区的地形、地貌(如地表面摩
机容量在600MW以上。另外,丹麦、荷兰、德国、擦系数)、障碍物(如建筑物)等详细的资料;
英国等也都建有总装机容量达兆瓦以上的风力⑥风电场应距公路较近,这将关系到风电设
发电场。备的运输方便与否,进而影响风电场工程费用;
进入20世纪90年代,特别是90年代后⑦风电场应距地区电力网较近,这将影响风
半期,不仅在发达国家,而且在发展中国家,电工程费用;规划出风电场送入地区电力网的最
风力发电场的建设都呈现蓬勃发展的局面。大电功率与地区电力网总容量的比例,即风电的
到2003年底,全世界风电场总装机容量达最大透入率,以便确定风电场风力发电机组的输
39151MW,其中德国最多,为14609MW,出对公用电力网系统的影响;
其次美国为6370MW,西班牙为6202MW,⑧风电场应距居民点有一定的距离,以降低
丹麦为3110MW;发展中国家印度的风电场噪声及电磁波对居民生活的干扰;
总装机容量已超过2110MW,居第5位。中⑨风电场占地面积要少,要尽量减少对可耕
国为567MW,位于第9。地的占用。
(2)选择风电场的场址需考虑的因素和条件(3)风电场内风力发电机的排列
①风电场要建立在风能资源丰富地区,年平在风电场中,风力发电机的排列布局是一个
均风速应在6～7m/s以上;风能密度应达到250非常重要的问题。几十台乃至几百台风力发电机

收稿日期:2006-10-11。
作者简介:姚兴佳(1949-),男,教授,博士研究生导师,长期从事风能利用技术的研究工作,国家“863”项目主持人,是享受国务院特殊
津贴的专家。E-mail:[e-mail]
98
可再生能源2006.6(总第130期)技术讲座

安装位置的排列,将直接影响到风电场实际发电
量的多少。
风力发电机在风电场中的布局排列取决于风
电场地域内的风速、风向、地形,风力机结构(如风
轮直径d)、风轮的尾流效应、风轮对侧面(旋转平
面方向)气流的影响等因素,其中尾流效应是一个
必须慎重考虑的因素。所谓尾流效应是指气流经
过风轮旋转面后所形成的尾流,对位于其后的风
轮机的功率特性和动力特性所产生的影响。
风电场风力发电机的排列形式多种多样,但
图2盛行风向基本不变的风电场风机排列
都是以任何一台风力机风轮转动接受风能,而对
其前后左右的其他风力发电机风轮接受最大风能
不产生影响或影响较少,并且占地越少越好为原
则。下面列举风力机排列的3种情况。
①盛行风不是一个方向的风电场,风力发电
机的排列如图1所示。

图3风力发电机在迎风坡的排列
2风力发电机并网运行
一般来说,恒速恒频发电机并网控制系统比较
简单。根据发电机种类不同,采用不同的并网方法。
同步发电机和笼型感应发电机并网运行控制的方
(a)对行排列
法各不相同,前者运行于由电机极数和频率所决定
的同步转速,后者则以稍高于同步转速运行。
(1)同步发电机的并网运行控制
由于同步发电机有固定的旋转方向,只要使发
电机的输出端与电网各项互相对应即可满足并网
条件的要求。
起动和并网过程如下:风向传感器测出风向,
并使偏航控制器动作,使风力发电机组对准风向;
当风速超过切入风速时,桨距控制器调节叶片桨
距角,使风力发电机组起动。当发电机被风力发电
(b)交错排列
机组带到接近同步转速时,励磁调节器动作,向发
图1盛行风不是一个方向的风电场风力发电机的排列