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马宏忠等编著 著

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出版社： 中国水利水电出版社

ISBN：9787517048374

商品编码：14565821754

开本：其他

出版时间：2017-03-01

页数：354

字数：546000

风电场电气系统 作  者:马宏忠 等 编著 定  价:79 出 版 社:中国水利水电出版社 出版日期:2017年03月01日 页  数:354 装  帧:平装 ISBN:9787517048374 ●前言
●第1章风电场电气系统概述
●1.1风力发电概述
●1.2电气系统和电力系统
●1.3风电场电气系统
●1.4风电场电压与频率
●第2章风电场电气主接线
●2.1电气主接线概述
●2.2电气主接线的基本形式
●2.3风电场升压变电站电气主接线
●2.4风电场电气主接线典型方案
●第3章风电场短路电流计算
●3.1短路的一般概念
●3.2短路计算的目的和方法
●3.3风电场短路电流计算
●第4章风电场的导体
●4.1风电场载流导体
●4.2载流导体的发热与电动力
●4.3载流导体的选择
●第5章风电场主要电气设备与选择
●部分目录

内容简介

《风电场电气系统》是《风力发电工程技术丛书》之一，主要讲述风电场电气系统方面内容。全书共11章，包括风电场电气系统概述、风电场电气主接线、风电场短路电流计算、风电场的导体、风电场主要电气设备与选择、风电场集电线路设计、风电场防雷与接地系统、风电场的控制与安全保护系统、海上风电场电气系统、风电场内集电线路及光缆线路施工技术以及风电场无功补偿等内容。 马宏忠 等 编著 马宏忠，男，九三学社社员，博士，教授，博士生导师，河海大学电力系统自动化研究所所长。主要从事电力设备状态监测、故障诊断与健康预警研究。

《风力发电技术与实践》 本书全面深入地探讨了风力发电技术的核心要素、工程实践及其在可持续能源发展中的关键作用。从风能资源评估到风力发电机组的设计、选型、安装、运行与维护，再到风电场的规划、建设和并网，本书旨在为读者提供一个系统、详尽的知识框架。 第一部分：风能资源与风力机基础 本部分首先介绍了风能作为一种清洁、可再生的能源形式，其在全球能源结构转型中的重要地位。我们将从微观和宏观两个层面分析风能资源的特点： 风能的物理特性与统计分析： 深入解析风速、风向、风的湍流强度、切变等基本物理参数。详细介绍常用的风能资源评估方法，包括测风塔观测、遥感技术（如卫星遥感、雷达）、模型预报等。阐述不同时间尺度（日变化、季节变化、年际变化）和空间尺度（局地、区域）的风能变化规律。重点讲解风速分布模型（如韦布尔分布、瑞利分布）及其在风能估算中的应用，以及风的能量密度计算方法。 风力发电机组的基本原理： 详细阐述风力发电机组将风能转化为电能的工作原理，聚焦于空气动力学基础。讲解叶片的气动设计，包括翼型选择、攻角、升力和阻力系数等。分析不同类型的风力机（如水平轴风力机、垂直轴风力机）的优缺点及其适用场景。详细介绍风力机的主要组成部分，如叶片、轮毂、传动系统（齿轮箱、直驱）、发电机、偏航系统、变桨系统、塔架、控制系统等，并阐述各部件的功能和工作机制。 风力机性能参数与效率： 讲解风力机的额定功率、起动风速、切入风速、切出风速、额定风速、功率曲线等关键性能参数。深入分析风力机的能量转换效率，以及影响效率的关键因素，如气动效率、机械效率、电气效率等。介绍功率系数（Cp）的概念及其理论极限（贝兹极限）。 第二部分：风力发电机组设计与集成 本部分将深入探讨风力发电机组的设计考量、关键技术以及系统集成问题，为理解风机的技术细节奠定基础。 气动与结构设计： 详细介绍风力机叶片的气动设计流程，包括翼型优化、叶型扭曲设计、叶尖速比优化等。分析叶片在运行过程中承受的风载荷、离心力、惯性力等各种载荷，以及这些载荷对叶片结构的影响。探讨叶片材料选择（如玻璃纤维、碳纤维复合材料）及其对性能和寿命的影响。介绍叶片制造工艺和质量控制。 传动系统与发电机技术： 深入研究风力机的传动系统，包括传统的齿轮箱式传动和日益普及的直驱式传动。对比分析不同传动方案的优缺点，如效率、可靠性、维护成本、噪音等。详细讲解各种类型的发电机在风力机中的应用，如异步发电机（笼型、绕线型）、同步发电机（永磁同步、励磁同步）。重点分析不同发电机技术对风力机性能、电网友好性和成本的影响。 控制系统与安全保障： 详述风力机的控制系统，包括变桨控制、偏航控制、速度控制等。讲解PID控制器、模糊逻辑控制器等常用控制算法在风力机控制中的应用。分析风力机在不同风况下的运行策略，如恒定桨距角运行、恒定转速运行、恒定功率运行等。重点介绍风力机的安全保护机制，如过速保护、过载保护、短路保护、雷击保护等，以及紧急停机程序。 电气系统集成与变流器技术： 深入研究风力机内部的电气系统，包括电缆、连接器、断路器、接地系统等。重点介绍风力机变流器的作用，包括功率变换、电网友好性接口、故障穿越能力等。详细分析不同类型的变流器拓扑结构（如两电平、三电平、多电平）及其在风力机中的应用。讲解变流器对风力机输出电能质量的影响。 第三部分：风电场规划与建设 本部分将视角从单台风机扩展到风电场整体，重点关注风电场的选址、规划、设计、建设、调试等全过程。 风电场选址与微观选址： 详细介绍风电场选址的原则与流程，包括宏观选址（考虑风能资源、电网接入、环保要求、土地条件、社会接受度等）和微观选址（考虑地形、障碍物、风机间的气流干扰、交通可达性、施工条件等）。讲解如何利用风能资源评估软件和地形分析工具进行精细选址。 风电场布局与设计： 深入分析风电场内部风机布局的影响因素，如尾流效应（wake effect）对风机性能和整个风电场输出功率的影响。介绍常用的风机阵列布局优化方法，以最小化尾流损失，最大化风电场总输出。讲解风电场内道路、平台、电缆路由等基础设施的设计与规划。 风电场建设与施工： 详细介绍风电场建设的主要工程环节，包括土建工程（基础施工、道路修建）、设备运输与吊装（大部件运输、高精度吊装技术）、电气安装（集电线、升压站建设）等。强调施工过程中的安全管理、质量控制与环境保护措施。 风电场调试与验收： 介绍风电场并网前的调试内容，包括单机调试、电气连接测试、控制系统测试、安全系统测试等。讲解风电场的整体性能测试与验收标准，包括发电量测试、电能质量测试、可靠性测试等。 第四部分：风电场的运行、维护与并网 本部分聚焦于风电场的生命周期管理，涵盖了风电场的日常运行、维护策略、性能优化以及与电网的交互。 风电场运行管理： 阐述风电场的日常运行策略，包括远程监控、故障诊断、发电量预测、优化运行等。介绍风电场运行管理平台的功能与应用。 风电场维护策略： 详细介绍风力发电机组的维护类型，包括预防性维护、预测性维护和纠正性维护。讲解关键部件（如齿轮箱、轴承、叶片）的定期检查与维护要点。探讨风力机健康监测系统（condition monitoring system, CMS）在预测性维护中的作用。 风电场性能优化与经济性分析： 分析影响风电场发电性能的因素，并介绍性能优化技术，如风机状态优化、阵列优化等。对风电场的经济性进行分析，包括投资成本、运维成本、发电收益、投资回报率等。 风电并网技术与电网影响： 深入研究风电场与电网的连接方式，包括集电线路、升压站、输电线路等。讲解风电并网的技术要求，如电压等级、频率稳定性、功率波动性、电能质量等。分析风电并网对电网稳定性的影响，以及相应的解决方案，如调频调压、储能技术、柔性交流输电系统（FACTS）等。探讨风电场在电网中的调度与运行模式。 第五部分：风电技术的未来发展 本部分将展望风电技术的发展趋势，探讨前沿技术在提升风能利用效率、降低成本、拓展应用领域等方面的新机遇。 大型化与智能化趋势： 探讨风力发电机组向更大功率、更大叶轮直径发展的趋势，以及由此带来的技术挑战与机遇。介绍风电场智能化技术，如大数据分析、人工智能、物联网等在风电场运行维护、故障预测、性能优化中的应用。 海上风电技术： 详细介绍海上风电场的特点、优势与挑战，包括不同基础类型（固定式、漂浮式）的设计与应用。探讨海上风电场的安装、维护以及面临的海上环境影响。 新型风力机技术： 介绍垂直轴风力机、分布式风力机、低风速风力机等新型风力机的研究与应用进展。 风电与储能协同： 探讨风电与储能系统（如电池储能、抽水蓄能）的结合，以解决风电输出波动的难题，提高电网的稳定性与可靠性。 风电与其他可再生能源融合： 展望风电与其他可再生能源（如太阳能、生物质能）的协同发展，构建更加清洁、高效、智能的能源系统。 本书的编写力求理论与实践相结合，内容详实，图文并茂，旨在为从事风能研究、风电场设计、工程建设、运行维护以及相关行业的专业人士提供有价值的参考，并帮助对风力发电技术感兴趣的读者建立起全面而深入的认识。

评分☆☆☆☆☆

（评价三） 我本以为，阅读一本关于风电场电气系统的书籍，可能会是一场枯燥的“数字轰炸”，但这本书却意外地让我沉浸其中，甚至有些爱不释手。它巧妙地平衡了技术深度与阅读体验，让我在学习专业知识的同时，也能体会到风电产业蓬勃发展的脉搏。书中对于风电场整体电气结构的描绘，从单个风力发电机组内部的电气连接，到集电系统、升压站的配置，再到最终接入输电网络的完整链路，都进行了详尽的梳理。我尤其赞赏作者在解释电气设备原理时，引入的那些形象的比喻和生动的插图，这使得那些抽象的概念变得鲜活起来，也更容易被我理解和记忆。例如，在介绍风力发电机组的变桨控制系统时，书中并没有止步于描述其功能，而是详细解释了控制信号是如何产生的，以及它如何影响叶片的迎角，进而调节输出功率，整个过程的描述如同抽丝剥茧，清晰可见。此外，书中关于电能质量管理的内容也让我大开眼界。它不仅指出了风电场可能对电网造成的电能质量影响，还深入介绍了各种抑制谐波、稳定电压的方法，让我看到了风电技术在不断进步中，如何努力实现与传统电网的和谐共存。

评分☆☆☆☆☆

（评价二） 这本书给我的感觉，就像是请了一位经验丰富的风电工程师，坐在我身边，用最朴实易懂的语言，给我讲授风电场那些复杂而又迷人的电气知识。我一直觉得，电气系统这种东西，要么枯燥乏味，要么让人望而生畏，但这本书却打破了我的固有印象。它没有回避技术细节，比如那些关于电压等级、电流互感器、断路器等核心部件的描述，但却用一种循序渐进的方式，将它们与整个风电场的运作紧密联系起来。我能感觉到作者在文字中倾注了大量的心血，力求让每一个概念都清晰明了。比如，在讲解风电场并网系统时，书中不仅解释了不同类型变压器的作用，还深入分析了功率因数补偿、谐波治理等关键技术。这些内容对于我理解风电场的电气设计至关重要，让我不再局限于“发电机发电，电缆输电”的简单认知。书中还用不少篇幅介绍了风电场常见的故障分析和保护策略，这部分内容尤其实用。作者通过列举一些实际案例，生动地展示了各种电气故障是如何发生的，以及相应的保护装置是如何发挥作用的，从而保障了风电场的安全稳定运行。读完这部分，我仿佛也掌握了一些“排查故障”的初步技能，对风电场电气系统的可靠性有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

（评价一） 当我翻开这本书的封面，一股来自广袤平原的微风似乎就扑面而来，仿佛能听到远处风力发电机巨大的叶片在旋转中奏响的乐章。这本书并没有像我之前读过的许多技术书籍那样，上来就堆砌晦涩的公式和原理，而是以一种更贴近实际应用的方式，带领我一步步走进风电场这个充满活力的世界。从最初对风电场宏观布局的介绍，到对各个组成部分——那些高耸入云的发电塔、它们之间的连接电缆、以及最终将电力输送到千家万户的变电站——的细致剖析，都让我感觉像是亲身站在了风电场的现场，感受着科技的力量。我尤其对书中关于风力发电机组的选型和布置部分印象深刻，作者并没有简单地列出各种型号的优缺点，而是结合了实际的地理条件、风能资源评估以及经济效益等多方面因素，详细阐述了如何做出最优化的决策。这种理论与实践相结合的叙述方式，对于我这样一个对风电领域充满好奇但又缺乏专业背景的读者来说，无疑是极大的福音。它让我明白了，建造一座风电场绝非易事，背后凝聚了多少工程师的心血与智慧。书中对于风电场运行过程中可能遇到的各种挑战，比如电网的稳定性、电力的波动性，以及如何通过先进的控制技术来解决这些问题，也做了深入的探讨。读到这里，我仿佛看到了一个更加智能、更加可靠的风电未来。

评分☆☆☆☆☆

（评价八） 对于像我这样希望快速入门风电电气领域的研究生来说，这本书无疑是一份宝贵的礼物。它不仅提供了扎实的理论基础，更注重将理论与实际工程紧密结合。书中对风电场电气设计的生命周期进行了详细的阐述，从前期的可行性研究、详细设计，到施工建设、并网调试，再到后期的运行维护和报废，每个阶段都涉及了复杂的电气工程问题。作者通过对风电场电气系统可靠性工程的深入探讨，让我明白了如何从设计源头就保证系统的稳定运行，以及如何通过持续的监测和维护来延长设备寿命。书中还对风电场数字化和智能化技术的发展，如智能变电站、预测性维护等，进行了前瞻性的展望，这让我对风电行业的未来发展充满了期待。我特别喜欢书中在分析某个复杂系统时，能够清晰地划分类别，然后逐一讲解，这种结构化的讲解方式，大大降低了学习的难度。

评分☆☆☆☆☆

（评价六） 一直以来，我都对风力发电这项清洁能源充满了好奇，而这本书则像一扇窗户，让我得以窥见风电场背后那庞大而精密的电气世界。作者的文笔流畅，逻辑清晰，将原本可能枯燥的技术内容，写得生动有趣。我尤其对书中关于风电机组电气部分的讲解记忆犹新，它详细介绍了发电机、变流器、以及控制系统的组成和工作原理。作者通过对不同类型风力发电机电气架构的对比分析，让我清晰地认识到，在追求效率和稳定性的同时，各种设计方案之间存在的权衡与取舍。书中还对风电场直流汇集系统进行了详细的论述，包括直流输电的技术特点、关键设备以及在风电场中的典型应用场景。这部分内容让我对如何将分散的风力资源集中起来，并高效地输送到远方，有了更直观的理解。同时，书中对于风电场电气设备的老化和维护策略的探讨，也让我意识到，风电场并非一劳永逸的工程，而是需要持续的关注和精心的维护。

评分☆☆☆☆☆

（评价九） 这本书的出现，彻底颠覆了我对风电场电气系统“艰深晦涩”的刻板印象。作者以一种极其人性化的视角，带领我一步步深入这个庞大而精密的电气王国。我特别喜欢书中关于风电场变电站设计的章节，它详细介绍了变电站的构成，包括高压开关设备、变压器、电容器组、避雷器等关键设备的选择原则和布置方式。作者并没有仅仅列出设备参数，而是结合风电场特殊的运行工况，深入分析了各种设备在实际应用中的性能要求和可靠性考量。书中还对风电场直流侧的故障诊断和保护进行了深入的论述，这部分内容对于理解风电机组内部的电气故障，以及如何进行有效的隔离和修复，有着至关重要的意义。我从中学习到了许多关于直流电缆的绝缘问题、直流断路器的选型原则，以及直流侧的接地保护等方面的知识。

评分☆☆☆☆☆

（评价四） 对于我这样一个在风电领域摸索多年的工程师来说，能够找到一本如此详实而又不失前瞻性的著作，实属不易。这本书让我看到了风电场电气系统设计与运行的新思路，也为我日常工作中遇到的许多疑难问题，提供了一些新的启发。书中对于直流输电技术在大型风电场中的应用，以及柔性直流输电（HVDC）在解决远距离输电损耗和电网稳定性方面的优势，进行了深入的阐述。这部分内容对我来说尤为重要，因为它直接关系到如何更有效地利用和输送风电资源。此外，书中对于风电场故障诊断和状态监测技术的发展趋势，也进行了很好的预判。从基于模型的诊断方法，到数据驱动的机器学习应用，作者展示了如何通过先进的技术手段，提高风电场的运行效率和预测能力。这种对未来技术方向的洞察，让我感到非常有价值。我特别欣赏书中在讨论某个技术问题时，总是会追溯到其背后的物理原理和工程实践，而不是简单地罗列结论。这种严谨的治学态度，让这本书的论述更具说服力，也更容易让我将其应用到实际工作中。

评分☆☆☆☆☆

（评价七） 从这本书中，我汲取了前所未有的风电场电气知识，这让我对这个新兴产业有了更深入的理解。作者在书中对风电场电气系统的风险管理进行了全面的分析，他详细探讨了从设计、施工到运行维护过程中可能出现的各类风险，并提出了相应的应对策略。这包括对自然灾害（如台风、雷电）的防护，对设备故障的预警和快速响应机制，以及对电网冲击的应对方案等。书中还对风电场的电磁兼容性（EMC）进行了专题论述，这对于保障风电场与周边电子设备的相互影响至关重要。作者通过列举一些典型的电磁干扰场景，以及相应的抑制措施，让我对风电场在电磁环境中的“角色”有了更深刻的认识。我尤其欣赏书中在讨论某个技术难点时，总是会引入相关的国家标准和行业规范，这使得书中的论述更加权威，也更具指导意义。

评分☆☆☆☆☆

（评价十） 当我合上这本书的最后一页，我感觉自己仿佛经历了一次完整的风电场电气系统的“体检”。作者以一种极其细致入微的笔触，勾勒出了风电场从“心脏”到“血管”，再到“神经系统”的完整电气架构。我尤其对书中关于风电场电网接入的技术要求和挑战的论述印象深刻。它详细介绍了风电场需要满足的各种并网标准，包括电压偏差、频率偏差、暂态稳定性、以及动态无功功率支撑等方面的要求。作者还深入分析了风电场在并网过程中可能遇到的各种问题，例如电网的惯量不足、电压不稳定等，并提出了相应的解决方案。书中对风电场电气系统的经济性评估也进行了详细的介绍，包括初始投资、运行成本、维护成本以及预期收益等，这让我对风电场的商业可行性有了更全面的认识。这本书的价值，在于它不仅教授了知识，更传递了一种严谨细致的工程思维。

评分☆☆☆☆☆

（评价五） 当我开始阅读这本书时，我就知道我找到了一位能够与我一同探索风电场电气系统奥秘的向导。作者的叙述风格非常独特，他总能用一种引人入胜的方式，将复杂的电气知识娓娓道来。我尤其喜欢书中对于风电场电气安全设计的探讨。在阐述接地系统、雷击防护、以及电气设备的绝缘要求时，作者并没有仅仅停留在条条框框的规定上，而是深入剖析了这些措施背后的科学原理，以及它们在实际运行中是如何保障人员和设备的安全的。他通过一些生动的比喻，比如将接地系统比作“泄洪通道”，将绝缘比作“保护屏障”，让我这个非电气专业出身的读者，也能深刻理解这些安全措施的重要性。书中还涉及了许多关于风电场运行的经济性分析，比如如何通过优化电气设计来降低运维成本，如何通过提高电能质量来获得更高的电网接入收益等等。这些内容让我对风电场的整体价值有了更全面的认识，不再仅仅关注其发电能力。