風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

前言

　　我國(guó)石油資源短缺，而風(fēng)能資源豐富，現(xiàn)探明可利用風(fēng)能資源至少約為10億kw，相當(dāng)于40多個(gè)三峽電廠的裝機(jī)容量。據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)公布的《2005年全國(guó)電力工業(yè)發(fā)電統(tǒng)計(jì)年報(bào)》的數(shù)據(jù)，截至2005年底，全國(guó)共建成并正式投運(yùn)的風(fēng)電設(shè)備容量達(dá)105-59萬(wàn)Kw，其中，共有40座裝機(jī)容量大于6000kW的大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，已并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)104.11萬(wàn)kW。這僅是我國(guó)風(fēng)力發(fā)電這幕大劇的一個(gè)序幕。到2010年，網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到500萬(wàn)kW?！　∥覈?guó)已經(jīng)具備了10兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化制造技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入“陜車(chē)道”。風(fēng)電不僅是可再生的能源，它還是解決我國(guó)廣域分布電力負(fù)荷經(jīng)濟(jì)供電問(wèn)題最有效的方式。我們知道風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的出力有相當(dāng)大的隨機(jī)性，因此風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行影響和調(diào)控問(wèn)題已成為亟待研究的重大科學(xué)問(wèn)題。該問(wèn)題的解決對(duì)風(fēng)能利用開(kāi)發(fā)將有著重要的科學(xué)和實(shí)踐意義。該問(wèn)題的解決將產(chǎn)生顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益?！　≈T位手中拿到的這本譯著是Thomas Ackermann教授將他和其他多位學(xué)者的相關(guān)論文編輯而成。該書(shū)闡明了電力系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)建模、相關(guān)的電力電子技術(shù)以及電能質(zhì)量控制等重要問(wèn)題；并詳細(xì)介紹了歐洲和印度并網(wǎng)風(fēng)電建設(shè)的狀況及其經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；同時(shí)也探討了風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓控制、主動(dòng)電網(wǎng)管理以及氫儲(chǔ)存等一系列重要課題。我們應(yīng)感謝謝樺博士將該書(shū)譯成中文出版。該譯著可供國(guó)內(nèi)需要了解國(guó)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)的科技人員參閱，為正在進(jìn)行風(fēng)機(jī)建模以及對(duì)電力系統(tǒng)影響研究的人員提供寶貴的參考資料。I司時(shí)，該書(shū)也為有志于風(fēng)力發(fā)電的研究人員指出了研究的方向。目前，國(guó)內(nèi)還很缺乏這種有關(guān)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電分析的著作，該書(shū)的問(wèn)世將有助于推進(jìn)我國(guó)風(fēng)電工業(yè)的發(fā)展并為該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)產(chǎn)生積極的作用。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)共有4部分。第1部分介紹風(fēng)力發(fā)電的歷史和現(xiàn)狀、電機(jī)和電力電子技術(shù)的發(fā)展、世界各國(guó)的電能質(zhì)量規(guī)范及并網(wǎng)技術(shù)要求等；第2部分介紹丹麥、德國(guó)、瑞典、美國(guó)和印度等國(guó)在風(fēng)電接入電力系統(tǒng)方面的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)以及相關(guān)的風(fēng)能預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)分析和獨(dú)立系統(tǒng)等方面的成果；第3部分探討風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模發(fā)展過(guò)程中的電網(wǎng)電壓控制、功率傳輸以及電能管理等方面的問(wèn)題和解決方案；第4部分研究并網(wǎng)系統(tǒng)中的風(fēng)力機(jī)建模及風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響?！　”緯?shū)可供進(jìn)行風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用的科技人員參考使用。

作者簡(jiǎn)介

Thomas Ackermann（托馬斯·阿克曼），德國(guó)柏林科技大學(xué)機(jī)械工程碩士及工商管理碩士，新西蘭達(dá)尼?。―unedin）大學(xué)物理學(xué)碩士，瑞典斯德哥爾摩皇家工學(xué)院博士。除風(fēng)力發(fā)電外，他的主要研究方向還包括分布式發(fā)電和市場(chǎng)規(guī)則對(duì)解除管制的電力市場(chǎng)中分布式發(fā)電發(fā)展的影響等，他曾經(jīng)在德國(guó)、瑞典、中國(guó)、美國(guó)、新西蘭、澳大利亞和印度從事風(fēng)電領(lǐng)域工作。目前是瑞典斯德哥爾摩皇家工學(xué)院（KTH）的研究員，并通過(guò)歐盟的TEMPUS計(jì)劃在克羅地亞薩格勒布大學(xué)參與風(fēng)力發(fā)電教育工作。

書(shū)籍目錄

序序二譯者的話作者簡(jiǎn)介縮略詞符號(hào)單位　1　緒論第1部分 理論背景和技術(shù)規(guī)范　2 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展史與現(xiàn)狀　　2.1 引言　　2.2 歷史背景　　　2.2.1 機(jī)械動(dòng)力生產(chǎn)　　　2.2.2 電力生產(chǎn)　　2.3 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀　　　2.3.1 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電概述　　　2.3.2 歐洲　　　2.3.3 北美洲　　　2.3.4 南美洲和中美洲　　　2.3.5 亞太地區(qū)　　　2.3.6 中東地區(qū)和非洲　　　2.3.7 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)概述　　　2.3.8 風(fēng)力發(fā)電經(jīng)濟(jì)　　　2.3.9 環(huán)境問(wèn)題　　　2.4 風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀　　2.5 結(jié)論　　致謝　　參考文獻(xiàn)　3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：概述　　3.1 引言　　3.2 電力系統(tǒng)歷史　　3.3 風(fēng)力發(fā)電與電力系統(tǒng)現(xiàn)狀　　3.4 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題　　3.5 電氣工程基礎(chǔ)　　3.6 風(fēng)力發(fā)電特性　　　3.6.1 風(fēng)　　　3.6.2 物理特性　　　3.6.3 風(fēng)力發(fā)電　　3.7 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的基本問(wèn)題　　　3.7.1 用戶的要求　　　3.7.2 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商的要求　　　3.7.3 并網(wǎng)問(wèn)題　　3.8 結(jié)論　附錄：用來(lái)說(shuō)明風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的等效機(jī)械系統(tǒng)　　1.引言　　2.有功平衡　　3.無(wú)功平衡　　參考文獻(xiàn)　4 風(fēng)力機(jī)中的發(fā)電機(jī)和電力電子設(shè)備　　4.1 引言　　4.2 技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)　　　4.2.1 風(fēng)力機(jī)技術(shù)概述　　　4.2.2 功率控制原理概述　　　4.2.3 發(fā)電機(jī)發(fā)展動(dòng)態(tài)　　　4.2.4 電力電子設(shè)備發(fā)展動(dòng)態(tài)　　　4.2.5 市場(chǎng)占有率發(fā)展動(dòng)態(tài)　　4.3 發(fā)電機(jī)類(lèi)型發(fā)展動(dòng)態(tài)　　　4.3.1 感應(yīng)發(fā)電機(jī)　　　4.3.2 同步發(fā)電機(jī)　　　4.3.3 其他類(lèi)型發(fā)電機(jī)　　4.4 電力電子設(shè)備類(lèi)型　　　4.4.1 軟啟動(dòng)器　　　4.4.2 電容器組　　　4.4.3 整流器和逆變器　　　4.4.4 變頻器　　4.5 風(fēng)電場(chǎng)的電力電子設(shè)備解決方案　　4.6 結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　5 風(fēng)力機(jī)的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)　　5.1 引言　　5.2 風(fēng)力機(jī)的電能質(zhì)量特性　　　5.2.1 額定參數(shù)　　　5.2.2 最大允許功率　　　5.2.3 最大測(cè)量功率　　　5.2.4 無(wú)功功率　　　5.2.5 閃變系數(shù)　　　5.2.6 風(fēng)力機(jī)投切操作最大次數(shù)　　　5.2.7 閃變階躍因子　　　5.2.8 電壓變動(dòng)系數(shù)　　　5.2.9 諧波電流　　　5.2.10 不同風(fēng)力機(jī)類(lèi)型的電能質(zhì)量特性總結(jié)　　5.3 電壓質(zhì)量影響　　　5.3.1 一般情況　　　5.3.2 研究案例　　　5.3.3 緩慢電壓波動(dòng)　　　5.3.4 閃變　　　5.3.5 電壓跌落　　　5.3.6 諧波電壓　　5.4 討論　　5.5 結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　6 電能質(zhì)量測(cè)量　　6.1 引言　　6.2 電能質(zhì)量測(cè)量要求　　　6.2.1 標(biāo)準(zhǔn)　　　6.2.2 技術(shù)要求　　　6.2.3 未來(lái)形勢(shì)　　6.3 風(fēng)力機(jī)和風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量特性　　　6.3.1 峰值功率　　　6.3.2 無(wú)功功率　　　6.3.3 諧波　　　6.3.4 閃變　　　6.3.5 投切操作　　6.4 并網(wǎng)評(píng)估　　6.5 結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　7 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范　　7.1 引言　　7.2 技術(shù)規(guī)范概述　　　7.2.1 110kV以下的電網(wǎng)規(guī)范　　　7.2.2 110kV以上的電網(wǎng)規(guī)范　　　7.2.3 組合規(guī)范　　7.3 并網(wǎng)規(guī)范的技術(shù)比較　　　7.3.1 有功功率控制　　　7.3.2 頻率控制　　　7.3.3 電壓控制　　　7.3.4 分接開(kāi)關(guān)　　　7.3.5 風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)　　　7.3.6 建模信息和驗(yàn)證　　　7.3.7 通信和外部控制　　　7.3.8 并網(wǎng)規(guī)范的討論　　7.4 新并網(wǎng)規(guī)范的技術(shù)解決方案　　　7.4.1 絕對(duì)功率約束　　　7.4.2 平衡控制　　　7.4.3 功率比限制控制方法　　　7.4.4 △控制　　7.5 并網(wǎng)實(shí)踐　　7.6 結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　8 電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的要求　　8.1 引言　　8.2 電力系統(tǒng)運(yùn)行　　　8.2.1 系統(tǒng)可靠性　　　8.2.2 頻率控制　　　8.2.3 電壓管理　　8.3 風(fēng)力發(fā)電量和電力系統(tǒng)　　　8.3.1 風(fēng)力發(fā)電模式　　　8.3.2 發(fā)電量變化和平滑效應(yīng)　　　8.3.3 風(fēng)力發(fā)電量的可預(yù)測(cè)性　　8.4 風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響　　　8.4.1 對(duì)備用的短期影響　　　8.4.2 其他短期影響……第2部分 并網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)第3部分 未來(lái)概念第4部分 風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)建模

章節(jié)摘錄

　　隨著2001年3月在英格蘭和威爾士引入新電力交易規(guī)則（NETA），較長(zhǎng)的市場(chǎng)關(guān)閉時(shí)間帶來(lái)的問(wèn)題非常明顯地暴露出來(lái)。在新電力交易規(guī)則下，風(fēng)力發(fā)電商被迫支付因風(fēng)力發(fā)電量預(yù)測(cè)值和實(shí)際值不相等帶來(lái)的成本。新電力交易規(guī)則首先將市場(chǎng)結(jié)束時(shí)間定為實(shí)際交貨之前的3.5h。風(fēng)力發(fā)電商必須支付交貨前3.5h的預(yù)測(cè)值和實(shí)際值不相等帶來(lái)的成本。結(jié)果，風(fēng)力發(fā)電商的利潤(rùn)減少了大約33％（Massy，2004）。后來(lái)，市場(chǎng)結(jié)束時(shí)間從3.5h減小到1h，這使風(fēng)力發(fā)電商為預(yù)測(cè)誤差支付的成本大大降低。從在英格蘭和威爾士運(yùn)行多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商處得知，現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電商一般將在交貨前1h測(cè)量到的實(shí)際風(fēng)力發(fā)電總量提交進(jìn)行投標(biāo)。對(duì)于擁有大量風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電商，其風(fēng)電場(chǎng)分散在全國(guó)境內(nèi)，1h內(nèi)的預(yù)測(cè)誤差總量顯著降低。所以，擁有大量風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電商可以接受預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的成本?！　?duì)于只有一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電商來(lái)說(shuō)，情形就不同了，因?yàn)橥伙L(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的不同地點(diǎn)在地理上的平滑效應(yīng)比較小，導(dǎo)致預(yù)測(cè)值和實(shí)際值之間的差值仍然非常大。當(dāng)然可以認(rèn)為，導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差的風(fēng)力機(jī)必須因此付費(fèi)。然而，這將無(wú)法獲得全局的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。正如前面所說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電的功率波動(dòng)取決于風(fēng)力機(jī)的數(shù)目。對(duì)于大范圍內(nèi)分布的風(fēng)力機(jī)而言，波動(dòng)可以減小1／n，n是風(fēng)力機(jī)的數(shù)目。如果電力系統(tǒng)中所有的風(fēng)力機(jī)都屬于一個(gè)市場(chǎng)參與者，預(yù)測(cè)誤差的總成本大約比不同的所有者分別為其風(fēng)力機(jī)支付的費(fèi)用總和低1／n。所以，如果風(fēng)力機(jī)的所有者分別支付費(fèi)用，則支付費(fèi)用的總和會(huì)比支付實(shí)際帶來(lái)的總不平衡量的費(fèi)用高出許多（主要取決于預(yù)測(cè)誤差成本如何確定）。風(fēng)力發(fā)電的提倡者認(rèn)為，電力系統(tǒng)建造的目的是集中發(fā)電和負(fù)荷，而單個(gè)不平衡價(jià)格起到了相反的作用，以競(jìng)爭(zhēng)的名義使得發(fā)電分散?！　】尚蟹桨钢皇菍⑺歇?dú)立的風(fēng)電場(chǎng)看作一個(gè)發(fā)電資源，將這個(gè)集中風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)的不平衡費(fèi)用在不同的風(fēng)電場(chǎng)所有者之間分配。　　總之，確定風(fēng)電場(chǎng)不平衡價(jià)格的方法必須考慮電力系統(tǒng)的靈活性（也就是啟動(dòng)或調(diào)節(jié)發(fā)電資源需要的時(shí)間）。根據(jù)每個(gè)電力系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電滲透率以及發(fā)電方式組合的不同，這個(gè)時(shí)間有所區(qū)別。所以，風(fēng)力發(fā)電不平衡成本在很大程度上取決于電力市場(chǎng)的總體設(shè)計(jì)和電力系統(tǒng)運(yùn)行的方法。

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無(wú)

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