风电场电气系统(第2版普通高等教育十三五规划教材)

主要讲述风电场电气部分的系统构成和主要设备，包括与风电场电气相关的各主要内容。全书分为八章，重点涵盖风电场电气系统的基本构成、主接线设计，风电场主要电气一次设备的结构、原理、型式参数及电气一次设备的选取，风电场电气二次系统、风电场的防雷和接地，风电场中的电力电子技术应用，等等。书中提供了大量的实物照片和结构示意图，使读者对电气设备有直观的感性认识。本书既可作为高等院校的教材，也适合为风力发电领域的相关从业人员的培训及自学提供参考。

目 录 序 前言 第 1 章 风电场和电气部分的基本概念 1 1.1 风力发电概述 1 1.2 风电场的概念 2 1.3 电气和电气部分 3 1.3.1 电气的基本概念 3 1.3.2 电气部分的一般组成 4 1.4 电气部分的图示 7 1.5 本书的主要内容 9 习题 10 第 2 章 风电场电气部分的构成和 主接线方式 11 2.1 风电场电气部分的构成 11 2.1.1 风电场与常规发电厂的区别 11 2.1.2 风电场电气部分的构成 12 2.2 电气主接线及设计要求 13 2.2.1 电气主接线的基本概念 13 2.2.2 电气主接线的设计原则 15 2.3 常用的电气主接线形式 16 2.3.1 电气主接线的分类 16 2.3.2 电气主接线的常见形式 17 2.4 风电场电气主接线设计 20 2.4.1 风电机组的电气接线 20 2.4.2 集电环节及其接线 20 2.4.3 升压变电站的主接线 21 2.4.4 风电场厂用电 21 2.4.5 风电场电气主接线举例 21 2.4.6 风电场电气主接线方案设计 22 习题 26 第 3 章 风电场主要一次设备 27 3.1 风力发电机 27 3.1.1 发电机的结构 27 3.1.2 发电机的工作原理 30 3.1.3 大型风力发电机的主流机型 33 3.2 变压器 34 3.2.1 变压器的工作原理 34 3.2.2 变压器的结构 37 3.2.3 变压器的型号表征 46 3.2.4 风电场中的变压器 47 3.3 开关设备 48 3.3.1 电弧的基本知识 48 3.3.2 断路器 52 3.3.3 隔离开关 58 3.3.4 熔断器 60 3.3.5 各种开关设备的功能比较 61 3.4 载流导体 61 3.4.1 导体的材料 61 3.4.2 导体的形状 62 3.4.3 导体的功能 64 3.5 电抗器和电容器 65 3.5.1 电抗器 65 3.5.2 电容器 66 3.6 互感器 68 3.6.1 互感器简介 68 3.6.2 电流互感器 68 3.6.3 电压互感器 75 习题 80 第 4 章 风电场一次设备的选择 81 4.1 导体的发热和电动力 81 4.1.1 导体长期发热和载流量 81 4.1.2 导体的短时发热 82 4.1.3 导体短路时的电动力 83 4.2 电气设备选择的依据 83 4.2.1 电气设备选择的一般条件 83 4.2.2 电气设备选择的技术条件 84 4.2.3 电气选择的环境因素 85 4.2.4 环境保护 86 4.3 变压器的选择 86 4.3.1 变压器的容量和台数 86 4.3.2 变压器的型式 87 4.4 开关电气设备的选择 90 4.4.1 断路器的选择 90 4.4.2 隔离开关的选择 92 4.4.3 熔断器的选择 92 4.5 互感器的选择 93 4.5.1 电流互感器的选择 93 4.5.2 电压互感器的选择 95 4.6 导体的选择 97 4.6.1 导体截面积的选择 97 4.6.2 电晕电压校验 98 4.6.3 热稳定校验 98 4.6.4 硬导体的动稳定校验 98 4.6.5 硬导体的共振校验 102 4.6.6 封闭母线的选择 102 习题 102 第 5 章 风电场电气二次系统 103 5.1 继电器 103 5.1.1 继电器的结构和原理 103 5.1.2 继电器的表示符号 104 5.1.3 常用的继电器类型 105 5.1.4 继电保护的接线图 109 5.2 二次部分的其他元件 110 5.2.1 接触器 110 5.2.2 控制开关 112 5.2.3 小母线 114 5.2.4 接线端子､ 电缆和绝缘导线 114 5.2.5 成套保护装置和测控装置 114 5.3 二次回路 115 5.3.1 保护回路 116 5.3.2 控制回路 116 5.3.3 测量回路 116 5.3.4 信号回路 116 5.3.5 操作电源系统 117 5.4 相对编号法与安装接线图 118 5.5 风电场的二次部分 120 5.5.1 风电机组的保护､ 控制､ 测量､信号 120 5.5.2 箱式变电站中变压器的保护､ 控制､测量､ 信号 121 5.5.3 风电场控制室的控制､ 测量､信号 121 5.5.4 遥测和遥信系统 121 5.6 升压变电站的二次部分 121 5.6.1 升压变电站的控制､ 测量､信号 122 5.6.2 升压变电站的继电保护 123 5.6.3 升压变电站的操作电源系统 125 5.6.4 升压变电站的图像监控 126 5.7 变电站综合自动化技术 126 5.7.1 引言 126 5.7.2 变电站综合自动化的功能 127 5.7.3 变电站综合自动化系统的特点 130 5.7.4 变电站综合自动化系统的结构 132 习题 137 第 6 章 配电装置 138 6.1 配电装置的图示 138 6.2 配电装置的设计要求 140 6.2.1 满足安全净距的要求 140 6.2.2 施工､ 运行和检修的要求 143 6.2.3 噪声的允许标准及限制措施 144 6.2.4 静电感应的场强水平和限制措施 144 6.2.5 电晕无线电干扰和控制 145 6.3 配电装置的分类 145 6.3.1 装配式和成套式 145 6.3.2 屋内配电装置 146 6.3.3 屋外配电装置 151 6.4 风电机组的位置排列 157 6.5 升压变电站电工建筑物的布置 158 6.5.1 电工建筑物的总平面布置 158 6.5.2 升压变电站电工建筑物的总布置 159 习题 160 第 7 章 风电场的防雷和接地 161 7.1 雷电的产生机理､ 危害及防护 161 7.1.1 雷电的产生机理 161 7.1.2 雷电的危害 164 7.1.3 雷电的一般防护 164 7.2 接地的原理､ 意义及措施 166 7.2.1 接地的基本原理 166 7.2.2 接地的意义 170 7.2.3 接地的一般要求 171 7.2.4 降低接地电阻的措施 176 7.3 大型风力发电机的防雷保护 177 7.3.1 风力发电机防雷保护的必要性 177 7.3.2 叶片的防雷保护 178 7.3.3 机舱的防雷保护 180 7.3.4 塔架的防雷保护 180 7.3.5 风力发电机的接地 181 7.3.6 电气系统的防雷保护 182 7.3.7 关于风力发电机防雷保护的思考 182 7.4 集电线路的防雷与接地 183 7.4.1 集电线路的感应雷过电压 183 7.4.2 集电线路的直击雷过电压和耐雷水平 184 7.4.3 集电线路的雷击跳闸率 189 7.4.4 集电线路的防雷保护措施 190 7.5 升压变电站的防雷与接地 191 7.5.1 升压变电站的直击雷保护 191 7.5.2 升压变电站的侵入波保护 193 7.5.3 升压变电站的进线段保护 194 7.5.4 升压变电站的变压器防雷保护 196 习题 198 第 8 章 风电场中的电力电子设备 199 8.1 电力电子技术基础 199 8.1.1 电力电子技术简介 199 8.1.2 电力电子器件 200 8.1.3 变流技术 201 8.1.4 PWM 控制 204 8.2 风电机组并网换流器 207 8.2.1 直驱式永磁同步机组的并网换流器 207 8.2.2 交流励磁双馈式机组的并网换流器 209 8.2.3 无刷双馈式机组的并网换流器 211 8.2.4 总结 211 8.3 无功补偿与电压控制装置 212 8.3.1 风电场的无功和电压控制需求 212 8.3.2 静止无功补偿器 213 8.3.3 静止同步补偿器 215 习题 216 参考文献 217