1.1　风电场的概念

风能是一种清洁可再生的自然能源。把风的动能转化为机械动能，再把机械动能转化为电能的过程，就是风力发电。

风力发电场（简称“风电场”）是在风能资源良好的地域范围内，将多台并网型风力发电机组按照一定的规则排成阵列，组成一系列风力发电机组群，通过场内输电线路将电能送至风电场变电站，通过变电站的主变压器将电压等级升高后输送到电网。一般认为，风电场选址年平均风速6m/s以上的地域为合适，7m/s以上的地域为更好，8m/s以上的地域为最优。

1.1.1　风电场的构成

风力发电系统主要是由风电场、电网以及负荷构成，是风电的生产、传输、变换、分配及监控保护的系统。其中：风电场是整个风电系统的基本生产单位，通过风力发电机组生产电能，通过变电站将电能变换后传输给电网；电网是电力系统中各种电压等级的变电所和输配电线路组成的整体系统。

风电场电气系统由一次系统和二次系统组成。其中：电气一次系统用于电能的生产、变换、分配、传输和消耗；电气二次系统对一次系统进行测量、监视、控制和保护。

构成电气一次系统的电气设备称为电气一次设备，是风力发电系统的主体，包括风力发电机组、箱变压器、集电线路、主变压器、开关设备、电力母线、电容器、互感器和送出线路等。构成电气二次系统的电气设备称为电气二次设备，其通过电流互感器、电压互感器与一次设备建立电的联系，对一次设备进行监测、控制、调节和保护，包括测量仪表、控制单元、信号单元、继电保护及自动装置等。

风电场一次系统由四个部分组成，即风力发电系统、集电系统、升压变电站及场用电系统。其中：风力发电系统主要包括风电机组、换流器（变流器）、机组升压变压器（箱式变压器）等，风电机组经过箱式变压器将电压升高到10kV或35kV；集电系统的主要功能是将风电机组生产的电能以组的形式收集起来，由电缆线路或架空线路汇集到升压变电站10kV或35kV母线上；升压变电站通过主变压器将集电系统输送的电能再次升高，一般可将电压升高到110kV或220kV接入电力系统，百万千瓦级的特大型风电场可升高到500kV或更高；场用电系统主要是维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电和运行维护人员在风电场内的生活用电。

并网型风力发电系统是由计算机自动控制的综合性系统。在自动控制程序下，风电机组将风能转变成传动装置的机械能并传递给发电机，由发电机将其转化为电能，输送给电网。其中，偏航系统主要是驱动风轮并跟踪风向的变化，使其扫掠面始终与风向垂直，最大限度地提升风轮对风能的捕获能力；液压系统为制动系统、偏航驱动与制动及变桨距机组的变距机构提供动力来源。

1.1.2　风电场的分类

目前，风电场按其所处位置可分为陆地风电场、海上风电场（潮间带风电场）以及空中风电场3种类型。

（1）陆地风电场。陆地风电场一般建设在风资源良好的丘陵、山脊或者海边。

（2）海上风电场。海上风电场位于海洋中。海上的平均风速相对较高，风力发电机组的风能利用率远远高于陆地风电场，但海上风电场设备安装及运行维护费用比陆地风电场高得多。

（3）空中风电场。高空中风能资源丰富，风速相对稳定，是理想的风力发电场所。因此，便捷、高效、环保的空中发电，市场潜力很大。

1.1.3　风电场的特点

风电场因其特殊的发电特性，具有如下特点：

（1）风能资源具有丰富性。风电场的电能资源来自于风能。大气的气流形成了风，风资源取之不尽、用之不竭。

（2）风力发电具有清洁性。风能是绿色能源，风电发电在减少常规能源消耗的同时，其向大气排放的污染物为零，对保护大气环境有积极作用。

（3）风电场场址具有特殊性。为获得较好的经济效益，应选择风资源丰富的场址。通常，风电场的选址要求场址所在地年平均风速大于6m/s，风速年变化相对较小，30m高度处的年有效风力时数在6000h以上，风功率密度到达250W/m以上。

（4）生产方式具有分散性。由于风电机组单机容量小，通常为1.5～5MW，风电场的发电机组数很多且分散，所以，风电场的电能生产方式比较分散。例如，要建设一个千万千瓦级规模的风电场，大约需要上千台1.5MW的风电机组，分布在方圆几十千米的范围内。

（5）风电机组类型具有多样性。应用于风力发电的发电机有多种类型，同步发电机和异步发电机都有应用。随着风电技术的发展，当前常用的机型有双馈式风电机组、直驱式永磁风电机组等。

（6）输出功率具有波动性。风能具有很强的波动性和随机性，风电机组的输出功率也具有这些特点。

（7）风电机组并网具有复杂性。风电机组单机容量小，输出电压等级相对低，因此需要箱式变压器变换至更高的电压等级。而且，要通过变流设备对输出电流进行整流和逆变，满足电网需要的频率和电压相位才能并入电网。