风力发电系统综述报告

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1、摘要： 风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源,风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统,它直接关系到风力发电的性能与效率。本文分别讨论了风力发电系统的系统特点和结构框图，明确了其应用范围，经济特点及未来的发展趋势。21世纪是可再生能源的世纪,在不断持续的能源紧张中不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源，可再生能源是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等这都是可再生取之不尽的能源，特别是风能技术最为成熟，经济可行性较高是一种较理想的发展

2、能源。风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面地球表面各处受热不同产生温差从而引起大气的对流运动形成风。风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值。我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且

3、冬春季节风速高雨水少，夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。同时，风力发电技术因为其近年来一直不断的发展，如果考虑外部性，其成本已经不高于目前常规能源发电的成本，如果再加上常规能源价格的波动性和稀缺性带来的预期价格的不断上涨，从长期来看，风力发电成本将相比不断下降，成为石油、煤炭和天然气价格溢价的合理补偿。日本2010年《能源白皮书》给出的不同能源的发电单价(单位价格)，其中核能发电单价5～6日元/(kW·h)，火力发电(LNG)7～8日元/(kW·h)，风力发电(大规模)10～14日

4、元/(kW·h)。核能发电单价最低，被认为是显示核电经济性优势的根据。与此相反，2010年大岛教授根据过去各年度有价证券报告的实际业绩推算，表明与其他电源相比核电成本较高，风电成本最低。两者的推算方法区别在于前者基于模型计算，后者是根据实际数值推算。风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：保证风力发电机组安全可靠运行；获取最大能量；提供良好的电力质量。控制系统结构示意图如下：系统特点风力发电机组包括风力机、发电机、变速传动装置及相应的控制器等，可用来实现风能与电能的能量转换。风力机和发电机的功率和速

5、度控制是风力发电的关键技术。风电机组中的风力机是将风能转换成机械能的能量转换装置，它由风轮、迎风装置和塔架等组成。按结构不同，风力机可分为水平轴式和立轴式两种;按功率调节方式不同，风力机可分为定桨距失速、变桨距和主动失速3种。风电机组中的发电机是将机械能转化为电能的装置，发电机在并网时必须输出恒定频率(一般为50Hz)的电能。按照发电机转速的不同，发电机可分为恒速和变速两类，其中变速需要通过变频器来实现。变频器采用电力电子变流技术和控制技术，将发电机发出的频率变化交流电转换为与电网频率相同、能与电网

6、柔性连接的交流电，且能实现最大风能跟踪控制。按照拓扑结构的不同，变频器可分为交-交型、交-直-交型和矩阵型3种;按照变频器容量的不同，变频器还可分为部分容量和全部容量(全额)两种。变速传动装置可将低速的风轮转速转换为较高的发电机转速，按传动链类型的不，它可分为齿轮箱驱动和直接驱动两种，其中前者包括多级和单级两种齿轮箱驱动。未来发展趋势每种风电系统都有各自的特点和适用场合，不同风电系统的性能比较需要考虑的因素有很多，包括转矩密度、成本、效率、材料、重量、风能质量和发电量等，完全定量比较非常困难。在实际

7、应用时，应根据它们的特点和技术发展等作合理选择。目前，大型风电技术中，主流技术和首选方案是采用交流励磁双馈型变速恒频风电系统，而中小型机组可以选用交-直-交型的风电系统［19－22］。为提高风力发电效率、降低成本、改善电能质量、减少噪声、实现稳定可靠运行，风电技术正朝着大容量、低成本、高效率、长寿命、变转速、直驱化、无刷化智能化以及微风发电等方向发展。风电系统的主要发展趋势为:①风电机组型由定桨矩失速型向变桨矩和变速恒频型发展;②电机馈型由单馈型向双馈型发展;③传动技术由有齿轮箱向无齿轮箱(直驱型、

8、半直驱型)发展;④电机电刷由有刷型向无刷型发展;⑤励磁方式由电励磁向永磁方向发展;⑥新型电机在风电系统中的应用由少品种向多品种发展;⑦单机容量由小向大发展;⑧电机品种由单一型向大、中、小型风机系统并列发展;⑨运行方式由独立运行向并网大型化与离网分散化互补运行发展;⑩风电成本由高向低发展;瑏瑡风电选址由陆上风电向海上风电发展;瑏瑢电机结构向紧凑、柔性、轻盈化发展;瑏瑣电机材料由普通永磁式向全永磁悬浮式发展;瑏瑤电机控制算法由传统控制向智能控制发展;瑏瑥风电机组的联网方式