第一篇：風(fēng)力發(fā)電電控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電電控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

發(fā)布者：德明太陽能控制器 發(fā)布時(shí)間：2011-3-9 9:15:30 閱讀：212次 【字體：大 中

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國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)按功率調(diào)節(jié)方式大體上可分為以下兩類l川:

第一類是定槳距失速控制的恒速恒頻(}SCF]發(fā)電方式。這種機(jī)組的輸出功率隨風(fēng) 速的變化而變化，系統(tǒng)通過一定的調(diào)節(jié)，保持風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電頻率的恒 定。但當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)風(fēng)力機(jī)偏離其與最大風(fēng)能相對(duì)應(yīng)的最佳速度，導(dǎo)致風(fēng)力資源浪費(fèi)，發(fā)電效率下降。定槳距風(fēng)機(jī)技術(shù)是丹麥風(fēng)電技術(shù)的核心。它主要利用槳葉翼形的失速特 性，在高于額定風(fēng)速時(shí)，達(dá)到失速條件后，槳葉表面產(chǎn)生渦流，效率降低，達(dá)到限制功 率的目的。定槳距機(jī)型優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)和控制簡單。缺點(diǎn)在于對(duì)葉片、輪載、塔架等主要部 件受力增大，而且風(fēng)力超過額定風(fēng)速后風(fēng)機(jī)出力反而下降。

第二類是變槳距調(diào)節(jié)控制的變速恒頻僅scF)發(fā)電系統(tǒng)。在定槳距基礎(chǔ)上加裝槳距調(diào) 節(jié)環(huán)節(jié)，稱為變槳距風(fēng)力機(jī)組。其特點(diǎn)是:通過適當(dāng)?shù)目刂?，根?jù)風(fēng)速的變化調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī) 的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)各種風(fēng)速下最大風(fēng)能捕獲。使風(fēng)力機(jī)的葉尖速比達(dá)到或接近最佳值，而不 影響輸出電能的頻率，從而最大限度的利用風(fēng)能。變槳距風(fēng)機(jī)在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，通過調(diào)節(jié)槳距角的變化，減少吸收的風(fēng)能，從而使風(fēng)電機(jī)輸出的有功保持穩(wěn)定，這體現(xiàn) 了變槳距風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢(shì).但變槳距風(fēng)機(jī)也有缺點(diǎn):制造成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不像定槳距風(fēng) 機(jī)那樣易于維護(hù)。

恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行，滑差變化范圍較小，從而發(fā)電輸出頻率變 化也較小，所以稱為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中會(huì)從電網(wǎng)中吸收無功電流建立磁場(chǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)功率因數(shù)變 差，因此，一般在風(fēng)機(jī)出口處裝設(shè)可投切的并聯(lián)電容器組提供非連續(xù)可變的無功補(bǔ)償，采用可控硅軟并網(wǎng)技術(shù)將起動(dòng)電流限制在額定電流的1i2 } } f倍之內(nèi)以防止并網(wǎng)失敗，還采用氣動(dòng)剎車技術(shù)、偏航和自動(dòng)解纜等技術(shù)解決凡力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性問 題。

近年來，大規(guī)模電力電子技術(shù)日趨成熟，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組己成為風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備的主要選擇方向之一。變速恒頻機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度和電網(wǎng)頻率的解耦，主 要有兩種類型，即直接驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)。

第二篇：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和風(fēng)能利用方式

1973年發(fā)生石油危機(jī)以后，西方發(fā)達(dá)國家為尋求替代石化燃料的能源，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力和資金，充分綜合利用空氣動(dòng)力學(xué)、新材料、新型電機(jī)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開創(chuàng)了風(fēng)能利用的新時(shí)期。

德國、美國、丹麥等國開發(fā)建立了評(píng)估風(fēng)力資源的測(cè)量及計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論，采用了新型風(fēng)力機(jī)葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機(jī)，開發(fā)了由微機(jī)控制的單臺(tái)和多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的機(jī)群的自動(dòng)控制技術(shù)，從而大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率和可靠性。

風(fēng)電場(chǎng)是大規(guī)模利用風(fēng)能的有效方式，20世紀(jì)80年代初在美國加利福尼亞州興起。而海岸線附近的海域風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力強(qiáng)，風(fēng)速均勻，可大面積采獲能量，適合大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電。然而在海上建造難度也大：巨大的基座必須固定入海底30m深度，才能使裝置經(jīng)受得住狂風(fēng)惡浪的沖擊；水下的驅(qū)動(dòng)裝置和電子部件必須得能防止高鹽度海水的腐蝕；與陸地連接還得需要幾公里長的海底電纜。

2.2風(fēng)電裝機(jī)容量

德國的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)610.7萬kW，占德國發(fā)電裝機(jī)容量的33%，居世界第1位。西班牙風(fēng)電裝機(jī)容量283.6萬kW，居世界第2位。美國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)261萬kW，居世界第3位。丹麥風(fēng)電技術(shù)也很先進(jìn)，裝機(jī)容量234.1萬kW。印度風(fēng)電增長很快，到2000年累積裝機(jī)容量已達(dá)到122萬kW。日本的風(fēng)電裝機(jī)容量46萬kW，運(yùn)行較穩(wěn)定的是海岸線或島上的風(fēng)力發(fā)電站，已達(dá)576臺(tái)風(fēng)電設(shè)備。

2.3各國的風(fēng)力發(fā)電政策

目前風(fēng)電機(jī)組成本仍比較高，但隨著生產(chǎn)批量的增大和技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，成本將會(huì)繼續(xù)下降(見表1)。許多國家建立了眾多的中型和大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，并形成了一整套有關(guān)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)劃方法、運(yùn)行管理和維護(hù)方式、投融資方式、國家扶持的優(yōu)惠政策及規(guī)范、法規(guī)等。

表1世界風(fēng)電裝機(jī)容量（萬kW）和發(fā)電成本（美分/kW·h）

年份******97199819992000

容量******1393184

5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8

數(shù)據(jù)來源：丹麥BTM咨詢公司

歐洲發(fā)展風(fēng)電的動(dòng)力主要來自于改善環(huán)境的壓力，將風(fēng)電的發(fā)展作為減少二氧化碳等氣體排放的措施。德國、丹麥、西班牙等國都制定了比較高的風(fēng)電收購電價(jià)，保持了穩(wěn)定高速的增長，1996年以后年增長率超過30%，使風(fēng)電成為發(fā)展最快的清潔電能。丹麥風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展策略是政府不直接支持制造廠商，而是對(duì)購買風(fēng)電機(jī)組的用戶提供補(bǔ)貼。英國的《可再生能源責(zé)任法規(guī)》要求到2010年，每個(gè)電力供應(yīng)商必須使可再生能源的電力供應(yīng)量達(dá)到總電量的10%。

美國政府為鼓勵(lì)開發(fā)可再生能源，在20世紀(jì)80年代初出臺(tái)了一系列優(yōu)惠政策。聯(lián)邦政府和加利福尼亞州政府對(duì)可再生能源的投資者分別減免了25%的稅賦，規(guī)定有效期到198

5年底，另外立法還規(guī)定電力公司必須得收購風(fēng)電，并且價(jià)格應(yīng)是長期穩(wěn)定的。這些政策吸引了大量的資金采購風(fēng)電機(jī)組，使剛剛建立起來的丹麥風(fēng)電機(jī)組制造業(yè)獲得了大批量生產(chǎn)和改進(jìn)質(zhì)量的機(jī)會(huì)。到1986年這3個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量達(dá)到160萬kW。2002年美國德州的風(fēng)電容量為118萬kW。德州政府規(guī)定，到2009年可再生能源的發(fā)電容量至少應(yīng)達(dá)到200萬kW，并擬訂了110.4萬kW的風(fēng)電建設(shè)計(jì)劃。

印度是一個(gè)缺電的發(fā)展中國家，政府制定了許多鼓勵(lì)風(fēng)電的政策，如投資風(fēng)電的企業(yè)，可將風(fēng)電的電量儲(chǔ)蓄，在電網(wǎng)拉閘限電時(shí)，使有儲(chǔ)蓄的企業(yè)能夠得到優(yōu)先供電。

澳大利亞的發(fā)電能源主要依靠煤炭。政府為改善電能結(jié)構(gòu)，制定了一項(xiàng)強(qiáng)制性的可再生能源發(fā)電計(jì)劃，太陽能——風(fēng)力電站將成為可再生能源利用的重要組成部分。

3我國風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)現(xiàn)況

我國擁有豐富的風(fēng)能資源，若采用10m高度的風(fēng)速測(cè)算，陸地風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量為32.26億kW，可開發(fā)的風(fēng)能資源儲(chǔ)量為2.53億kW。我國近海風(fēng)能資源約為陸地的3倍，由此可算出我國可開發(fā)的風(fēng)能資源約為10億kW。

風(fēng)能資源富集區(qū)主要在西北、華北北部、東北及東南沿海地區(qū)。20世紀(jì)70年代末80年代初，我國通過自主開發(fā)研制，額定容量低于10kW小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，在解決居住分散的農(nóng)牧民和島嶼居民的用電方面有著重要意義。在國家有關(guān)部委的支持下，額定功率為200、250、300、600 kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已研制出來，并在全國11個(gè)省區(qū)建立了27個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，浙江、福建、廣東沿海及新疆、內(nèi)蒙古自治區(qū)都有較大功率的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。東部沿海有豐富的風(fēng)能資源，距離電力負(fù)荷中心又近，海上風(fēng)電場(chǎng)將成為新興的能源基地。國家計(jì)委在20世紀(jì)90年代中期制定了“光明工程”和“乘風(fēng)計(jì)劃”, 1997年當(dāng)年裝機(jī)超過10萬kW，到2001年底總裝機(jī)容量約40萬kW。

我國風(fēng)電技術(shù)還處于發(fā)展初期，較歐美落后，關(guān)鍵原材料或零部件主要依靠進(jìn)口。風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的核心設(shè)備，主要依靠進(jìn)口機(jī)組，在風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)投資中是主要部分，占總投資的60%～80%。為鼓勵(lì)風(fēng)電的開發(fā)，我國對(duì)300kW以上機(jī)組免征進(jìn)口稅。風(fēng)電隨著技術(shù)的發(fā)展和批量生產(chǎn)，成本會(huì)繼續(xù)下降。

第三篇：國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)趨勢(shì)

國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)趨勢(shì)

1.風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)

地球上風(fēng)力資源蘊(yùn)藏量很大，是一種既清潔又廉價(jià)的再生資源。世界氣象組織（WMO）估計(jì)地球上海洋和陸地的風(fēng)能源約為200億kW，其中陸地約占一半。在全球范圍內(nèi)能源短缺和生態(tài)環(huán)境日益惡化的今天，各國對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用越來越重視。許多國家把風(fēng)電建設(shè)作為重要的能源政策。目前有些發(fā)達(dá)國家成功地使每千瓦風(fēng)電投資接近火電投資，并將進(jìn)一步降低發(fā)電成本。風(fēng)電工業(yè)將在全世界有較大的發(fā)展前景。我國有豐富的風(fēng)力資源。國家發(fā)改委和國家科委共同制定的“1996—2010年中國新能源和可再生能源發(fā)展綱要”及“新能源可再生能源優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目”也體現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電是我國可再生能源的發(fā)展方向，它可改善我國能源工業(yè)面臨的經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。

綠色能源中，風(fēng)能不僅儲(chǔ)量大，可利用率高，而且便于大規(guī)模開發(fā)。1990年以來，全球風(fēng)力發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量增長了15%，年平均增長率達(dá)到20%。截至2001年底，全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)24100MW。已運(yùn)行機(jī)組的最大單機(jī)容量已達(dá)5MW。我國可開發(fā)利用的風(fēng)能資源陸地為2.53億kW，近海7.5億kW，合計(jì)10.03億kW，僅次于前蘇聯(lián)和美國。近年來，我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量增加較快，2003年達(dá)567MW。按照國家發(fā)展規(guī)劃，我國風(fēng)電裝機(jī)容量到2005年將達(dá)1000MW；2010年將達(dá)4000MW；2015年將達(dá)10000MW；2020年將達(dá)到20000MW。目前我國新建和在建的風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組基本上是由丹麥、德國等國提供成套設(shè)備或引進(jìn)技術(shù)和部件在國內(nèi)制造組裝。

在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)頻率保持一致，即頻率保持恒定。恒速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電過程中，保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，從而得到恒頻的電能；變速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，而通過其他控制方式來得到恒頻電能。

當(dāng)風(fēng)速在一定范圍變化時(shí)，若允許風(fēng)力機(jī)做變速運(yùn)行，則能達(dá)到更好利用風(fēng)能的目的。這是由于風(fēng)力機(jī)的輸出功率系數(shù)Cp在某一確定的尖速比（葉輪尖的線速與風(fēng)速的比值）TSR（tip speed ratio）下達(dá)到最大值。恒速恒頻的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，而風(fēng)速又經(jīng)常變化，顯然Cp不可能保持在最大值。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率。由于風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速可變，可以通過適當(dāng)?shù)目刂疲癸L(fēng)力機(jī)的尖速比處于或接近于最佳值，從而最大限度的利用風(fēng)能。

為充分利用風(fēng)能電源，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)采用變速恒頻控制策略。4種變速恒頻控制方案的性能對(duì)比見下表，通過以上的對(duì)比分析可知：（1）方案一和方案囚的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其變頻器的容量與系統(tǒng)容量相同，因此一般適用于小容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。（2）對(duì)于大、中容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，適于采用方案二或方案三，因?yàn)樽冾l器的容量僅為系統(tǒng)總?cè)萘康囊恍〔糠?。?）方案二和方案三的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，皆可在亞同步和超同步狀態(tài)下運(yùn)行，具有更寬的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍。（4）方案一、三和四的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所采用的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無電刷和滑環(huán)，堅(jiān)固耐用，具有較高的可靠性。（5）若采用直接驅(qū)動(dòng)方案，無需增速齒輪箱，則可降低系統(tǒng)運(yùn)行噪聲，進(jìn)一步提高可靠性。實(shí)際上，直接驅(qū)動(dòng)和變速恒頻是風(fēng)力發(fā)電的兩個(gè)重要發(fā)展方向。

3.國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電情況

3.1沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所

該所承擔(dān)的一項(xiàng)國家“863”計(jì)劃課題，一臺(tái)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將矗立在康平縣的一風(fēng)口處。有關(guān)專家(所長姚興佳教授)稱，這臺(tái)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)底徑4米,白色錐形塔柱高達(dá)60米，在頂部安裝機(jī)倉和葉輪，葉片直徑長達(dá)62米，這樣，整機(jī)距地面垂直高度達(dá)90米。2001年，在國家科技部舉行的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)招標(biāo)上，沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所提出的這個(gè)設(shè)計(jì)方案頭榜中標(biāo)，獲得1500萬元的研制經(jīng)費(fèi)。目前該所正在組織相關(guān)企業(yè)進(jìn)行安裝。我國對(duì)大型并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的研究工作始于80年代，并相繼研制出了20千瓦到600千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。但相當(dāng)或更大容量的、當(dāng)前在中國風(fēng)電場(chǎng)的主流機(jī)組，基本上都是從國外引進(jìn)的，國內(nèi)目前還沒有一臺(tái)兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組。

3.2蘭州電機(jī)廠 與清華大學(xué)合作研制開發(fā)雙饋繞線型三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁控制系統(tǒng)?？上蝻L(fēng)電場(chǎng)

整機(jī)成套單位提供750—2000kW電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)的成套產(chǎn)品。

3.3為國家“863”項(xiàng)目生產(chǎn)的國內(nèi)首臺(tái)雙饋繞線型三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（YRFF500-41000kW 690V）

已制造完成，并通過地面模擬試驗(yàn)。

雙饋繞線型三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要適用于風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組。1

第四篇：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述

摘要：風(fēng)能是目前全球發(fā)展最快的可再生綠色能源，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵系統(tǒng)，它直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電的性能與效率。它主要對(duì)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和前景、風(fēng)電系統(tǒng)的控制技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其風(fēng)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電中的關(guān)鍵技術(shù)作了簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；控制技術(shù)；并網(wǎng)技術(shù)；低電壓穿越

引言

在全球生態(tài)環(huán)境惡化和化石能源逐漸枯竭的雙重壓力下，對(duì)新能源的研究和利用已成為全球各國關(guān)注的焦點(diǎn)。風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源，受世界各國的重視程度越來越高，也越來越多的被應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電中。除水力發(fā)電技術(shù)外，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、最具大規(guī)模開發(fā)和最有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。由于它可以在改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面有非常突出的作用，目前世界各國都在大力發(fā)展和研究風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)。

1.國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀和前景

1.1 國外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀世紀(jì)80 ～90 年代，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了飛速的發(fā)展并且逐漸成熟。風(fēng)力發(fā)電憑借它自身的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)延伸到了電網(wǎng)難以達(dá)到的地方，給他們帶來了很多方便。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)(GWEC)發(fā)布的全球風(fēng)電市場(chǎng)裝機(jī)數(shù)據(jù)顯示，全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè) 2011 年新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)四萬一千兆瓦。這一新增容量使全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到二十三萬八千兆瓦。這一數(shù)據(jù)表明全球累計(jì)裝機(jī)實(shí)現(xiàn)了兩成多的年增長，新增裝機(jī)增長達(dá)到6%。到目前為止，全球七十多個(gè)國家有商業(yè)運(yùn)營的風(fēng)電裝機(jī)，其中二十二個(gè)國家的裝機(jī)容量超過 1GW。據(jù)估計(jì)到 2030 年，歐洲風(fēng)電裝機(jī)可達(dá)三百億瓦，可滿足歐洲百分之二十的電力需求。

1.2國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

我國風(fēng)力資源儲(chǔ)量豐富，分布廣泛。陸上可開發(fā)的儲(chǔ)量為2.53億kW，海上可開發(fā)的儲(chǔ)量為7.5億kW?！按笠?guī)模、高集中開發(fā)，遠(yuǎn)距離和高電壓輸送”是我國風(fēng)電發(fā)展的重要特征。近年來，我國風(fēng)電發(fā)展迅猛，2006～2010 年風(fēng)電總裝機(jī)容量從260萬kW增長到4 182.7萬kW，2010年新增風(fēng)電裝機(jī)1 600萬kW，累計(jì)裝機(jī)容量和新增裝機(jī)容量均居世界第一。預(yù)計(jì)2020年我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)可以達(dá)到2.3億kW。這意味著未來十年中，風(fēng)電總裝機(jī)容量

平均每年需新增1 800萬kW。預(yù)計(jì)每年需新增機(jī)組及其配套變流器約9 000臺(tái)。

2.風(fēng)電系統(tǒng)的控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式有三種：獨(dú)立型、并網(wǎng)型和聯(lián)合型。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力機(jī)控制器、風(fēng)力機(jī)、傳動(dòng)裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、發(fā)動(dòng)機(jī)、變頻器和變壓器等組成。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、變速傳動(dòng)裝置及相應(yīng)的控制器等，用來實(shí)現(xiàn)風(fēng)能與電能的能量轉(zhuǎn)換。風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵問題是風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率和速度控制。

風(fēng)電機(jī)組中將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置是風(fēng)力機(jī)，它由風(fēng)輪、迎風(fēng)裝置和塔架等組成。按結(jié)構(gòu)不同，風(fēng)力機(jī)可分為水平軸式和立軸式兩種；按功率調(diào)節(jié)方式不同，風(fēng)力機(jī)可分為定槳距失速、變槳距和主動(dòng)失速 3 種。

風(fēng)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)在并入電網(wǎng)時(shí)必須輸出恒定頻率(一般為 50 Hz)的電能。按照發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)電機(jī)可分為恒速和變速兩類，其中變速需要通過變頻器來實(shí)現(xiàn)。變頻器采用電力電子變流技術(shù)和控制技術(shù)，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率變化交流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)頻率相同、能與電網(wǎng)柔性連接的交流電，并且能實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤控制。按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，變頻器可分為交-交型、交-直-交型和矩陣型三種；按照變頻器容量的不同可將變頻器分為部分容量和全部容量(全額)兩種。

變速傳動(dòng)裝置可將風(fēng)輪的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的較高轉(zhuǎn)速，按傳動(dòng)鏈類型將其分為齒輪箱驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)兩種，其中前者包括單級(jí)和多級(jí)兩種齒輪箱驅(qū)動(dòng)。

3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其風(fēng)電系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)恒速或變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有許多種方案，所選發(fā)電機(jī)的類型主要取決于風(fēng)電系統(tǒng)的形式。

傳統(tǒng)的恒速/變速風(fēng)電系統(tǒng)共有四種：基于SCIG 的恒速風(fēng)電系統(tǒng)[1]、基于WRIG 的受限變速風(fēng)電系統(tǒng)[2]、基于ESC-SCIG 的變速風(fēng)電系統(tǒng)[3]和基于MMG 的變速風(fēng)電系統(tǒng)[4]。

現(xiàn)代風(fēng)電系統(tǒng)一般采用變速恒頻技術(shù)，這種技術(shù)通過變流裝置或改造發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)共有六種：基于SCIG 的風(fēng)電系統(tǒng)[5]、基于DFIG 的風(fēng)電系統(tǒng)[6]、基于直驅(qū)式EESG 的風(fēng)電系統(tǒng)[7]、基于直驅(qū)式PMSG 的風(fēng)電系統(tǒng)[8]、基于半直驅(qū)PMSG 的風(fēng)電系統(tǒng)[9]和基于PMBDCG 的風(fēng)電系統(tǒng)[10]。

近年來，一些具有商業(yè)化潛力的新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。新型變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)主要有以下八種：基于 SRG 的風(fēng)電系統(tǒng)[11]、基于 BDFIG 的風(fēng)電系統(tǒng)[12]、基于CPG 的風(fēng)電系統(tǒng)[13]、基于HVG 的風(fēng)電系統(tǒng)[14]、基于DWIG 的風(fēng)電系統(tǒng)[15]、基于

TFPMG 的風(fēng)電系統(tǒng)[16]、基于DSPMG 的風(fēng)電系統(tǒng)[17]和基于EVT 的風(fēng)電系統(tǒng)[18]。

4.風(fēng)力發(fā)電中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1并網(wǎng)技術(shù)的研究和最大風(fēng)能的捕獲

并網(wǎng)技術(shù)是通過對(duì)全功率電力變換器的控制算法來實(shí)現(xiàn)控制目的。并網(wǎng)控制方面，文獻(xiàn)

[19]提出了直流側(cè)并網(wǎng)的新方法。在直流電容與 DC/AC 之間安裝并網(wǎng)開關(guān)。并網(wǎng)前并網(wǎng)開關(guān)斷開，DC/AC 通過限流電阻對(duì)電容進(jìn)行充電，此時(shí)發(fā)電機(jī)在風(fēng)力機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)速從 0 上升。當(dāng)電容充電達(dá)到交流電網(wǎng)線電壓幅值時(shí)閉合并網(wǎng)開關(guān)，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。正常情況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速從低到高逐漸上升，并在某一轉(zhuǎn)速下并入電網(wǎng)。當(dāng)由于某種原因，發(fā)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速下脫網(wǎng)需要重新并網(wǎng)，由于此時(shí)電容已經(jīng)充電且直流母線電壓高于網(wǎng)側(cè)交流線電壓幅值，因此只要將并網(wǎng)開關(guān)閉合就可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。

直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)電力電子變換器并入電網(wǎng)以后的控制目標(biāo)是風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)使系統(tǒng)以額定功率輸出[20]。

最大風(fēng)能捕獲的目的就是通過適當(dāng)?shù)目刂疲癸L(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，始終沿著最佳功率曲線運(yùn)行，從而使風(fēng)能轉(zhuǎn)化最大化。最大風(fēng)能追蹤可以有變槳距調(diào)節(jié)，也可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保持最佳葉尖速比實(shí)現(xiàn)。出于可行性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的考慮，當(dāng)前使用的主要是通過控制發(fā)電機(jī)輸出功率以調(diào)節(jié)其電磁功率，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，在發(fā)電機(jī)有功和無功功率解耦控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)有功功率給定的提取方法的不同，又有有速度傳感器和無速度傳感器的控制方法之分。有速度傳感器的控制方法是根據(jù)風(fēng)力機(jī)最佳功率曲線和風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)電機(jī)輸出功率給定。而無速度傳感器的控制方法又有擾動(dòng)法[21,22,23]、參數(shù)估計(jì)法、查表法和人工在智能法幾類。

4.2低電壓穿越的研究

電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，由于受變流器通流能力的限制，網(wǎng)側(cè)逆變器注入電網(wǎng)功率減小。而此刻機(jī)側(cè)整流器的功率并沒有改變，造成直流側(cè)的過電壓。如果維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，則必然造成逆變器過電流。過電壓和過電流都將導(dǎo)致電力電子器件的損壞，為了保護(hù)變流器不被損壞，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將在電壓跌落時(shí)退出運(yùn)行。電網(wǎng)穿透率小時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電壓跌落時(shí)退出運(yùn)行還是可以接受的。

然而，隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，若風(fēng)電機(jī)組在電壓跌落時(shí)仍然采取被動(dòng)保護(hù)式脫網(wǎng)，則會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至使故障更加嚴(yán)重，最終導(dǎo)致系統(tǒng)其他機(jī)組全部解列。目前在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展領(lǐng)先的一些國家，如丹麥、德國等已相繼制定了新的電網(wǎng)運(yùn)

行準(zhǔn)則, 定量給出了風(fēng)電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件（如最低電壓跌落深度和跌落持續(xù)時(shí)間），只有當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風(fēng)力機(jī)脫網(wǎng)，當(dāng)電壓在凹陷部分時(shí),發(fā)電機(jī)應(yīng)提供無功功率。這就要求風(fēng)電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的低電壓穿越能力，能方便地為電網(wǎng)提供無功支持。因此必須研究低電壓穿越的措施，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。

文獻(xiàn)[24]通過在逆變器交流側(cè)加裝無功補(bǔ)償裝置和低通濾波器來應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱跌落對(duì)系統(tǒng)所造成的影響，使逆變器只能感受到電網(wǎng)的正序電壓，保持其對(duì)稱工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)低電壓穿越；文獻(xiàn)[25-28]通過直流側(cè)加卸荷負(fù)載以消除電壓跌落時(shí)直流側(cè)的功率擁堵，避免直流側(cè)的過電壓和逆變器的過電流，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。這些方法都要增加專門的元件，降低了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，使控制變得復(fù)雜。

結(jié)論

風(fēng)電作為我國今后大力重點(diǎn)發(fā)展的 3 類新能源之一，在今后將具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，風(fēng)力發(fā)電在擺脫對(duì)化石能源的過度依賴、緩解中國能源緊缺、改善生態(tài)環(huán)境和擴(kuò)大社會(huì)效益等方面將做出較大的貢獻(xiàn)。本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r，如傳統(tǒng)的恒速/變速風(fēng)電系統(tǒng)、現(xiàn)代變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)和新型變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行了簡單介紹。隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷變革以及機(jī)組制造工藝的持續(xù)改進(jìn)，將來風(fēng)力發(fā)電的競(jìng)爭力必定逐漸提升，其發(fā)展前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

［1］程明，張運(yùn)乾，張建忠．風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及研究進(jìn)展［J］．電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24(3):2 －9．

［2］李輝，薛玉石，韓力．并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展綜述［J］．微特電機(jī)，2009，37(5):55 －61． ［3］楊培宏，劉文穎．基于 DSP 實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行［J］．可再生能源，2007，25(4):79 －82．

［4］吳聶根，程小華．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述［J］．微電機(jī)，2009，42(8):69 －72．

［5］荊龍．鼠籠異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化控制［D］．北京:北京交通大學(xué)，2008．

［6］林成武，王鳳翔，姚興佳．變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制技術(shù)研究［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(11):122 －125．

［7］周揚(yáng)忠，胡育文，黃文新．基于直接轉(zhuǎn)矩控制電勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流控制策略［J］．南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，39(4):429 －434．

［8］張?jiān)?，王鳳翔．直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能研究［J］．電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2009，13(1):78 －

82．

［9］陳昆明，湯天浩，陳新紅，等．永磁半直驅(qū)風(fēng)力機(jī)控制策略仿真［J］．上海海事大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，29(4):39 －44．

［10］夏長亮,張茂華，王迎發(fā)，等．永磁無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(6):104 －109．

［11］胡海燕，潘再平．開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)綜述［J］．機(jī)電工程，2004，21(10):48 －52．

［12］劉偉，沈宏，高立剛，等．無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(5):77 －81．

［13］ 桓毅，汪至中．風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對(duì)比分析［J］．中小型電機(jī)，2002，29(4):41 －45．

［14］杜新梅，劉堅(jiān)棟，李泓．新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)［J］．高電壓技術(shù)，2005，31(1):63 －65．

［15］李勇，胡育文，黃文新，等．變速運(yùn)行的定子雙繞組感應(yīng)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)研［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(20):124 －130．

［16］董萍，吳捷，陳淵睿，等．新型發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．微特電機(jī)，2004，32(7):39 －44．

［17］張建忠，程明．新型直接驅(qū)動(dòng)外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)［J］．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22(12):15 －21．

［18］袁永杰．開關(guān)磁阻四端口機(jī)電換能器及在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用研究［D］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008．

[19] 徐科,胡敏強(qiáng),杜炎森,等.直流母線電壓控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與最大風(fēng)能跟蹤[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31

（11）:53-58.[20] 吳迪，張建文.變速直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的研究[J]大電機(jī)技術(shù)，2006（6）: 51-55

[21] 王生鐵,張潤和,田立欣.小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率控制擾動(dòng)法及狀態(tài)平均建模與分析[J].太陽能學(xué)報(bào)，2006，27（8）:828-837.[22] 閆耀民，范瑜，汪至中.永磁同步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的自尋優(yōu)控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2002，17

（6）:82-86.[23] 房澤平,王生鐵.小型風(fēng)電系統(tǒng)變步長擾動(dòng) MPPT 控制仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2007,24

（9）:241-244.[24] MARIUS F, CRISTIAN L, GHEORGHE-DANIEL A, etal.Voltage Sags Ride-Through of Motion SensorlessControlled PMSG for Wind Turbines[C].Industry Applications Conference, 2007.[25] 李建林,胡書舉，孔德國，等.全功率變流器永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越特性研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（19）:92-95.[26] 胡書舉，李建林, 許洪華.直驅(qū)式 VSCF 風(fēng)電系統(tǒng)直流側(cè)Crowbar 電路的仿真分析[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2008，20（3）:118-123.[27] 李建林,胡書舉，孔德國，等.全功率變流器永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越特性研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（19）:92-95.[28] 胡書舉，李建林,許洪華.變速衡頻風(fēng)電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的保護(hù)電路分析[J].變流技術(shù)與電力牽引，2008（1）:45-51.

第五篇：風(fēng)力發(fā)電的研究

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

《新能源發(fā)電》課 程 設(shè) 計(jì)

題目：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

學(xué)習(xí)中心：河南許昌奧鵬學(xué)習(xí)中心【14】層次：專升本

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化

年級(jí)：2011年秋 季

學(xué)號(hào)：20110804076

3學(xué)生：陳懿凡

輔導(dǎo)教師：康永紅

完成日期：2013 年08月30日

一、風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

能源、環(huán)境問題是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，對(duì)可再生能源的開發(fā)與利用，已受到世界各國的高度重視?！伴_發(fā)與利用可再生能源，改善能源結(jié)構(gòu)，減排溫室氣體，保護(hù)環(huán)境”已成為世界共識(shí)。一場(chǎng)世界性的開發(fā)與利用新能源的浪潮已經(jīng)到來。新能源與可再生能源包括水能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿?，它們?cè)谙闹筮€可以得到恢復(fù)和補(bǔ)充，不會(huì)污染環(huán)境。其中，人類對(duì)風(fēng)能的利用已有上千年的歷史。地球上可利用的風(fēng)能為106MW，是可利用的水能的10 倍以上。在可再生能源中，風(fēng)能是一種非?？捎^的、有前途的能源。風(fēng)力發(fā)電（簡稱風(fēng)電）作為一種綠色電力，受到人們廣泛的關(guān)注。它具有資源蘊(yùn)藏量巨大、可再生、無污染、占地少、周期短等優(yōu)點(diǎn)，但是風(fēng)電也存在著風(fēng)能利用率低以及具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定和分布不均勻性等缺陷。

1.國外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

2012 年新增風(fēng)電裝機(jī)容量最多的10 個(gè)國家占世界風(fēng)電裝機(jī)的87%。與2007 年相比，美國保持第1 名，中國超過西班牙從第3 名上升到第2 名，印度超過德國和西班牙從第5名升至第3 名，前3 名的國家合計(jì)新增裝機(jī)容量占全世界的60%。

根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2012 年全世界風(fēng)電裝機(jī)容量新增約2726 萬kW，增長率約為29%。累計(jì)達(dá)到1.21 億kW，增長率為42%，突破1 億kW 大關(guān)。風(fēng)電總量為2600 億kWh，占全世界總電量的比例從2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。

盡管風(fēng)電的發(fā)展仍然存在著很多困難，如電網(wǎng)適應(yīng)能力、風(fēng)能資源、海上風(fēng)電發(fā)展等，但相比于常規(guī)能源，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)逐步凸顯，世界各國都對(duì)風(fēng)電發(fā)展充滿了信心。例如，歐美都公布了2030 年風(fēng)電滿足20%甚至更多電力需求的宏大目標(biāo)，這也為全球風(fēng)電的長期發(fā)展定下了基調(diào)。從國際能源署（IEA）2012 年頒布的《2050 年能源技術(shù)情景》判斷，2012-2050年，全球風(fēng)電平均每年增加7000 萬千瓦，風(fēng)電將成為一個(gè)龐大的新興電力市場(chǎng)。

2.國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

我國是世界上風(fēng)力資源占有率最高的國家之一，同時(shí)也是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國10 m 高度層風(fēng)能資源總量為3226GW，其

中陸上可開采風(fēng)能總量為253GW，加上海上風(fēng)力資源，我國可利用風(fēng)力資源約為1000GW。如果風(fēng)力資源開發(fā)率可達(dá)到60%，僅風(fēng)電一項(xiàng)就可支撐我國目前的全部電力需求。我國利用風(fēng)電起步較晚，和世界上風(fēng)電發(fā)達(dá)國家如德國、美國、西班牙等相比還有很大差距。風(fēng)電是20 世紀(jì)80 年代開始迅速發(fā)展起來的，初期研制的風(fēng)機(jī)主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型風(fēng)電機(jī)組，后期開始研發(fā)可充電型風(fēng)電機(jī)組，并在海島和風(fēng)場(chǎng)廣泛應(yīng)用。至今，我國已經(jīng)在河北張家口、內(nèi)蒙古、山東榮城、遼寧營口、黑龍江富錦、新疆達(dá)坂城、廣東南澳和海南等地建成了多個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)，并且計(jì)劃在江蘇南通、灌云及鹽城等地興建GW 級(jí)風(fēng)電場(chǎng)。

截止2007 年底，我國風(fēng)機(jī)裝機(jī)總量已達(dá)6.05 GW，年發(fā)電量占全國發(fā)電量的0.8%左右，比2000 年風(fēng)電發(fā)電量增加近10 倍。2012 年一年新增風(fēng)電裝機(jī)容量625 萬千瓦，比過去20年累計(jì)的總量還多，新增裝機(jī)增長率約為89%。累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量約1215 萬千瓦，占全國裝機(jī)總量的1.5%，累計(jì)裝機(jī)增長率為106%。風(fēng)電裝機(jī)主要分布在24 個(gè)省，比2007 年增加了重慶、云南和江西三個(gè)省。2006 至2012 年風(fēng)電增長狀況。

中國政府為了推動(dòng)并網(wǎng)風(fēng)電的商業(yè)化發(fā)展，國家發(fā)改委明確提出我國風(fēng)電發(fā)展的規(guī)劃目標(biāo)：2005 年全國風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到100 萬千瓦，2012 年全國風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到400 萬千瓦，2015 年全國風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到1000 萬千瓦，2020 年全國風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到2000 萬千瓦，占全國總裝機(jī)容量的2%左右?？梢灶A(yù)計(jì)，中國即將成為世界風(fēng)電發(fā)展令人矚目的國家之一。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

要比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)首先要對(duì)其類型進(jìn)行了解。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型的不同。不同風(fēng)電機(jī)組的工作原理、數(shù)學(xué)模型都不相同，因此分析方法也有所差異。目前國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的主要機(jī)型有3種，每種機(jī)型都有其特點(diǎn)。

1.異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

國內(nèi)已運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)大部分機(jī)組是異步風(fēng)電發(fā)電機(jī)。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜。這種發(fā)電機(jī)組為定速恒頻機(jī)沮，運(yùn)行中轉(zhuǎn)速基本不變，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在風(fēng)能轉(zhuǎn)換最佳狀態(tài)下的幾率比較小，因而發(fā)電能力比新型機(jī)組低。同時(shí)運(yùn)行中需要從電力系統(tǒng)中吸收無功功率。為滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)功率因數(shù)的要求，多采用在機(jī)端并聯(lián)補(bǔ)償電容器的方法，其補(bǔ)償策略是異步發(fā)電機(jī)配有若干組固定容量的電容器。

由于風(fēng)速大小隨氣候環(huán)境變化，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力機(jī)不可能經(jīng)常在額定風(fēng)速下運(yùn)行，為了充分利用低風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能，增加全年的發(fā)電量，近年廣泛應(yīng)用雙速異步發(fā)電機(jī)。這種雙速異步發(fā)電機(jī)可以改變極對(duì)數(shù)，有大、小電機(jī)2種運(yùn)行方式。

2.雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

國內(nèi)還有一些風(fēng)電場(chǎng)選用雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大多來源于國外，價(jià)格較貴。這種機(jī)型稱為變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，其風(fēng)力機(jī)可以變速運(yùn)行，運(yùn)行速度能在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)Cp得到優(yōu)化,獲得高的利用效率；可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)較平滑的電功率輸出；發(fā)電機(jī)本身不需要另外附加無功補(bǔ)償設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)在一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，例如功率因數(shù)從領(lǐng)先0.95調(diào)節(jié)到滯后0.95范圍內(nèi)，因而具有調(diào)節(jié)無功功率出力的能力。

3.直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，齒輪箱是故障較高的部件。采用無齒輪箱結(jié)構(gòu)能大大提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性，降低故障率，提高風(fēng)電機(jī)組的壽命。目前國內(nèi)有風(fēng)電場(chǎng)使用了直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)，運(yùn)行時(shí)全部功率經(jīng)A-D-A變換，接入電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。與其他機(jī)型比較，需考慮諧波治理問題。

三、風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心系統(tǒng)，因此研究控制技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可靠保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全并網(wǎng)運(yùn)行。下面對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)及相關(guān)軟件改進(jìn)進(jìn)行系統(tǒng)地闡述。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)由本體系統(tǒng)和電控（總體控制）系統(tǒng)組成，本體系統(tǒng)包括空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、變流系統(tǒng)及其附屬結(jié)構(gòu)；電控系統(tǒng)由不同的模塊構(gòu)成，主模塊包括變槳控制、偏航控制、變流控制等，輔助模塊則包括通訊、監(jiān)控、健康管理控制等。而且，在本體系統(tǒng)與電控系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)系及信號(hào)的變換。例如，空氣動(dòng)力系統(tǒng)的槳距由變槳控制系統(tǒng)控制，保證了風(fēng)能轉(zhuǎn)化的最大化，功率輸出的穩(wěn)定等作用。風(fēng)輪的自動(dòng)對(duì)風(fēng)及連續(xù)跟蹤風(fēng)向引起電纜纏繞的自動(dòng)解纜受偏航控制系統(tǒng)控制，分為主、被動(dòng)迎風(fēng)兩種模式，目前大型并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)多采用主動(dòng)偏航模式。變流控制常和變槳距系統(tǒng)結(jié)合，對(duì)變速恒頻的運(yùn)行及最大額定功率進(jìn)行控制。

根據(jù)風(fēng)電機(jī)組不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可將機(jī)組控制系統(tǒng)分為不同種類。目前風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型主要是依據(jù)槳距特性，發(fā)電機(jī)類型等分類，通過技術(shù)不斷改

進(jìn)，控制系統(tǒng)由最先的定槳距恒速恒頻控制到變槳距恒速恒頻控制,隨之發(fā)展為變槳距變速恒頻控制。此外，據(jù)連接電網(wǎng)類型可將風(fēng)電控制系統(tǒng)分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型，前者已步入大規(guī)模穩(wěn)定發(fā)展階段。后者則成為現(xiàn)階段控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)需要一種完善的系統(tǒng)軟件配置以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。目前，控制系統(tǒng)軟件的模塊化、參數(shù)化、功能化逐漸實(shí)現(xiàn)軟件的兼容性與繼承性。

1.模塊化

控制系統(tǒng)整個(gè)軟件是許多硬件的整合，我們可以講每一個(gè)硬件子系統(tǒng)座位獨(dú)立的模塊，子系統(tǒng)與PLC之間的數(shù)據(jù)交互即為模塊的輸入輸出，這種模塊化的形式通過固化被選擇性的調(diào)用執(zhí)行程序，從而實(shí)現(xiàn)程序的兼容性，并做到小范圍的軟件修改和工作量的最小化。

2.參數(shù)化

參數(shù)設(shè)置是對(duì)軟件靈活性的優(yōu)化。對(duì)于多配置整合的程序，我們將軟件開關(guān)作為一種參數(shù)，完成配置間切換，來決定程序模塊是否正常執(zhí)行。包括動(dòng)作事件參數(shù)、故障參數(shù)、控制參數(shù)等，對(duì)不同屬性結(jié)構(gòu)體的形式進(jìn)行設(shè)置，執(zhí)行程序時(shí)只需讀入相應(yīng)參數(shù)即可。

3.功能化

軟件功能化包括協(xié)議解析功能化、故障判斷功能化及控制功能化。協(xié)議解析功能化即依據(jù)特定的子系統(tǒng)定義不同的功能塊，當(dāng)調(diào)用特定的配置參數(shù)時(shí)，可以執(zhí)行相應(yīng)的功能塊程序，完成功能塊內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)庫的處理。故障判斷涉及對(duì)所有控制監(jiān)測(cè)的判斷，應(yīng)用功能塊可簡化并統(tǒng)一故障的判斷。將軟件中大量的邏輯控制（如水冷的風(fēng)扇控制，變槳控制等）整合到功能塊中，制定全面的輸入輸出接口，既完成現(xiàn)有控制功能，又增加了其拓展功能。因此功能模塊化使得程序執(zhí)行邏輯性與可讀性均有所提高。

四、風(fēng)力發(fā)電的展望

作為一種自然資源，風(fēng)電正受到發(fā)展中國家的重視。中國西部、印度北部、巴西西北部、拉丁美洲的安第斯山脈和北非，都是風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。在我國西部地區(qū)，如新疆、內(nèi)蒙古、西藏、青海、甘肅等地，由于地理位置特殊，又缺少水源，風(fēng)力發(fā)電就成為能源發(fā)展的首選項(xiàng)目。目前，我國在新疆、內(nèi)蒙

古、河北等地，均已建成大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電站。

目前，我國已形成年產(chǎn)30萬臺(tái)100瓦至5000瓦獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的能力。在內(nèi)蒙古，已有60萬居住在偏遠(yuǎn)地區(qū)的牧民用風(fēng)力發(fā)電解決了生活、生產(chǎn)用電，每套小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（含蓄電池）價(jià)格在2000元左右。風(fēng)力發(fā)電可用來照明、看電視、提井水飲牲畜、分離牛奶、剪羊毛等，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

由于風(fēng)向變幻不定，風(fēng)力大小無常，這些問題也給大規(guī)模開發(fā)利用風(fēng)能帶來了不少困難。

人們依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)制造的新型風(fēng)輪發(fā)電機(jī)，能夠隨著風(fēng)向的變化和風(fēng)力的大小隨意輕快地旋轉(zhuǎn)，在風(fēng)速較大或較小的情況下都能正常工作。它的運(yùn)行和控制完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，通過幾百個(gè)傳感器及時(shí)收集風(fēng)速、風(fēng)力、風(fēng)向等信息，再經(jīng)電腦處理、調(diào)整，使風(fēng)輪機(jī)得以在最佳的狀態(tài)下運(yùn)行。

隨著風(fēng)輪機(jī)的大型化和高效化，風(fēng)力發(fā)電的成本也在不斷下降。目前，風(fēng)電價(jià)格已經(jīng)可以與石油、煤、天然氣發(fā)電和核電的價(jià)格相競(jìng)爭，進(jìn)而還將能與水電價(jià)格一比高低。此外，國家在稅收等方面也給予風(fēng)電適當(dāng)?shù)恼疹櫤蛢?yōu)惠，使風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)不斷下降。

國家電力公司已將風(fēng)電作為我國電力工業(yè)的重要組成部分，并制定了發(fā)展規(guī)劃。2000年，全國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到40萬千瓦。

21世紀(jì)將是高效、潔凈和安全利用新能源的時(shí)代。目前，世界各國都在做這方面的努力，都把能源開發(fā)利用作為關(guān)鍵科技領(lǐng)域給予關(guān)注。在這方面，風(fēng)能將成為其中的主要角色，為21世紀(jì)的人類服務(wù)。