風力發(fā)電系統(tǒng)

前言

　　我國石油資源短缺，而風能資源豐富，現(xiàn)探明可利用風能資源至少約為10億kw，相當于40多個三峽電廠的裝機容量。據中國電力企業(yè)聯(lián)合會公布的《2005年全國電力工業(yè)發(fā)電統(tǒng)計年報》的數據，截至2005年底，全國共建成并正式投運的風電設備容量達105-59萬Kw，其中，共有40座裝機容量大于6000kW的大型風電場并網運行，已并網運行的風電總裝機容量達104.11萬kW。這僅是我國風力發(fā)電這幕大劇的一個序幕。到2010年，網風電裝機將達到500萬kW?！　∥覈呀浘邆淞?0兆瓦級風機的國產化制造技術，風力發(fā)電技術發(fā)展已經進入“陜車道”。風電不僅是可再生的能源，它還是解決我國廣域分布電力負荷經濟供電問題最有效的方式。我們知道風力發(fā)電場的出力有相當大的隨機性，因此風力發(fā)電系統(tǒng)及其對電力系統(tǒng)運行影響和調控問題已成為亟待研究的重大科學問題。該問題的解決對風能利用開發(fā)將有著重要的科學和實踐意義。該問題的解決將產生顯著的社會和經濟效益?！　≈T位手中拿到的這本譯著是Thomas Ackermann教授將他和其他多位學者的相關論文編輯而成。該書闡明了電力系統(tǒng)中的風機建模、相關的電力電子技術以及電能質量控制等重要問題；并詳細介紹了歐洲和印度并網風電建設的狀況及其經驗和教訓；同時也探討了風電并網系統(tǒng)中的電壓控制、主動電網管理以及氫儲存等一系列重要課題。我們應感謝謝樺博士將該書譯成中文出版。該譯著可供國內需要了解國外風力發(fā)電現(xiàn)狀及有關經驗的科技人員參閱，為正在進行風機建模以及對電力系統(tǒng)影響研究的人員提供寶貴的參考資料。I司時，該書也為有志于風力發(fā)電的研究人員指出了研究的方向。目前，國內還很缺乏這種有關并網風力發(fā)電分析的著作，該書的問世將有助于推進我國風電工業(yè)的發(fā)展并為該領域的人才培養(yǎng)產生積極的作用。

內容概要

　　本書共有4部分。第1部分介紹風力發(fā)電的歷史和現(xiàn)狀、電機和電力電子技術的發(fā)展、世界各國的電能質量規(guī)范及并網技術要求等；第2部分介紹丹麥、德國、瑞典、美國和印度等國在風電接入電力系統(tǒng)方面的經驗、教訓以及相關的風能預測、經濟分析和獨立系統(tǒng)等方面的成果；第3部分探討風力發(fā)電大規(guī)模發(fā)展過程中的電網電壓控制、功率傳輸以及電能管理等方面的問題和解決方案；第4部分研究并網系統(tǒng)中的風力機建模及風電對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響?！　”緯晒┻M行風能開發(fā)利用的科技人員參考使用。

作者簡介

Thomas Ackermann（托馬斯·阿克曼），德國柏林科技大學機械工程碩士及工商管理碩士，新西蘭達尼丁（Dunedin）大學物理學碩士，瑞典斯德哥爾摩皇家工學院博士。除風力發(fā)電外，他的主要研究方向還包括分布式發(fā)電和市場規(guī)則對解除管制的電力市場中分布式發(fā)電發(fā)展的影響等，他曾經在德國、瑞典、中國、美國、新西蘭、澳大利亞和印度從事風電領域工作。目前是瑞典斯德哥爾摩皇家工學院（KTH）的研究員，并通過歐盟的TEMPUS計劃在克羅地亞薩格勒布大學參與風力發(fā)電教育工作。

書籍目錄

序序二譯者的話作者簡介縮略詞符號單位　1　緒論第1部分 理論背景和技術規(guī)范　2 風力發(fā)電發(fā)展史與現(xiàn)狀　　2.1 引言　　2.2 歷史背景　　　2.2.1 機械動力生產　　　2.2.2 電力生產　　2.3 世界風力發(fā)電現(xiàn)狀　　　2.3.1 并網風力發(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 獨立發(fā)電系統(tǒng)概述　　　2.3.8 風力發(fā)電經濟　　　2.3.9 環(huán)境問題　　　2.4 風力機技術現(xiàn)狀　　2.5 結論　　致謝　　參考文獻　3 風力發(fā)電系統(tǒng)：概述　　3.1 引言　　3.2 電力系統(tǒng)歷史　　3.3 風力發(fā)電與電力系統(tǒng)現(xiàn)狀　　3.4 風力發(fā)電并網問題　　3.5 電氣工程基礎　　3.6 風力發(fā)電特性　　　3.6.1 風　　　3.6.2 物理特性　　　3.6.3 風力發(fā)電　　3.7 風力發(fā)電并網的基本問題　　　3.7.1 用戶的要求　　　3.7.2 風電場運營商的要求　　　3.7.3 并網問題　　3.8 結論　附錄：用來說明風力發(fā)電并網系統(tǒng)的等效機械系統(tǒng)　　1.引言　　2.有功平衡　　3.無功平衡　　參考文獻　4 風力機中的發(fā)電機和電力電子設備　　4.1 引言　　4.2 技術發(fā)展動態(tài)　　　4.2.1 風力機技術概述　　　4.2.2 功率控制原理概述　　　4.2.3 發(fā)電機發(fā)展動態(tài)　　　4.2.4 電力電子設備發(fā)展動態(tài)　　　4.2.5 市場占有率發(fā)展動態(tài)　　4.3 發(fā)電機類型發(fā)展動態(tài)　　　4.3.1 感應發(fā)電機　　　4.3.2 同步發(fā)電機　　　4.3.3 其他類型發(fā)電機　　4.4 電力電子設備類型　　　4.4.1 軟啟動器　　　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 風電場的電力電子設備解決方案　　4.6 結論　　參考文獻　5 風力機的電能質量標準　　5.1 引言　　5.2 風力機的電能質量特性　　　5.2.1 額定參數　　　5.2.2 最大允許功率　　　5.2.3 最大測量功率　　　5.2.4 無功功率　　　5.2.5 閃變系數　　　5.2.6 風力機投切操作最大次數　　　5.2.7 閃變階躍因子　　　5.2.8 電壓變動系數　　　5.2.9 諧波電流　　　5.2.10 不同風力機類型的電能質量特性總結　　5.3 電壓質量影響　　　5.3.1 一般情況　　　5.3.2 研究案例　　　5.3.3 緩慢電壓波動　　　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 結論　　參考文獻　6 電能質量測量　　6.1 引言　　6.2 電能質量測量要求　　　6.2.1 標準　　　6.2.2 技術要求　　　6.2.3 未來形勢　　6.3 風力機和風電場的電能質量特性　　　6.3.1 峰值功率　　　6.3.2 無功功率　　　6.3.3 諧波　　　6.3.4 閃變　　　6.3.5 投切操作　　6.4 并網評估　　6.5 結論　　參考文獻　7 風電場并網技術規(guī)范　　7.1 引言　　7.2 技術規(guī)范概述　　　7.2.1 110kV以下的電網規(guī)范　　　7.2.2 110kV以上的電網規(guī)范　　　7.2.3 組合規(guī)范　　7.3 并網規(guī)范的技術比較　　　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 分接開關　　　7.3.5 風電場保護　　　7.3.6 建模信息和驗證　　　7.3.7 通信和外部控制　　　7.3.8 并網規(guī)范的討論　　7.4 新并網規(guī)范的技術解決方案　　　7.4.1 絕對功率約束　　　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 并網實踐　　7.6 結論　　參考文獻　8 電力系統(tǒng)對風力發(fā)電的要求　　8.1 引言　　8.2 電力系統(tǒng)運行　　　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 風力發(fā)電量和電力系統(tǒng)　　　8.3.1 風力發(fā)電模式　　　8.3.2 發(fā)電量變化和平滑效應　　　8.3.3 風力發(fā)電量的可預測性　　8.4 風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響　　　8.4.1 對備用的短期影響　　　8.4.2 其他短期影響……第2部分 并網經驗第3部分 未來概念第4部分 風力機的動態(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），較長的市場關閉時間帶來的問題非常明顯地暴露出來。在新電力交易規(guī)則下，風力發(fā)電商被迫支付因風力發(fā)電量預測值和實際值不相等帶來的成本。新電力交易規(guī)則首先將市場結束時間定為實際交貨之前的3.5h。風力發(fā)電商必須支付交貨前3.5h的預測值和實際值不相等帶來的成本。結果，風力發(fā)電商的利潤減少了大約33％（Massy，2004）。后來，市場結束時間從3.5h減小到1h，這使風力發(fā)電商為預測誤差支付的成本大大降低。從在英格蘭和威爾士運行多個風電場運營商處得知，現(xiàn)在風力發(fā)電商一般將在交貨前1h測量到的實際風力發(fā)電總量提交進行投標。對于擁有大量風電場的風力發(fā)電商，其風電場分散在全國境內，1h內的預測誤差總量顯著降低。所以，擁有大量風電場的風力發(fā)電商可以接受預測誤差導致的成本?！　τ谥挥幸粋€風電場的風力發(fā)電商來說，情形就不同了，因為同一風電場內的不同地點在地理上的平滑效應比較小，導致預測值和實際值之間的差值仍然非常大。當然可以認為，導致預測誤差的風力機必須因此付費。然而，這將無法獲得全局的經濟最優(yōu)。正如前面所說，風力發(fā)電的功率波動取決于風力機的數目。對于大范圍內分布的風力機而言，波動可以減小1／n，n是風力機的數目。如果電力系統(tǒng)中所有的風力機都屬于一個市場參與者，預測誤差的總成本大約比不同的所有者分別為其風力機支付的費用總和低1／n。所以，如果風力機的所有者分別支付費用，則支付費用的總和會比支付實際帶來的總不平衡量的費用高出許多（主要取決于預測誤差成本如何確定）。風力發(fā)電的提倡者認為，電力系統(tǒng)建造的目的是集中發(fā)電和負荷，而單個不平衡價格起到了相反的作用，以競爭的名義使得發(fā)電分散。　　可行方案之一是將所有獨立的風電場看作一個發(fā)電資源，將這個集中風電場帶來的不平衡費用在不同的風電場所有者之間分配?！　】傊?，確定風電場不平衡價格的方法必須考慮電力系統(tǒng)的靈活性（也就是啟動或調節(jié)發(fā)電資源需要的時間）。根據每個電力系統(tǒng)中的風力發(fā)電滲透率以及發(fā)電方式組合的不同，這個時間有所區(qū)別。所以，風力發(fā)電不平衡成本在很大程度上取決于電力市場的總體設計和電力系統(tǒng)運行的方法。

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