风力发电技术综述.doc

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1、风力发电技术综述摘要：风力发电是风能利用的主流形式。在全球性能源危机和提倡保护大气环境的今天，风力发电正作为可再生能源中技术最成熟、最环保的发电方式之一，在世界各国得到大力发展。介绍了风力发电与传统发电方式相比的优势和特点，阐述了风力发电系统的原理及其中的双馈风力发电机单机组的控制方法，最后简单说明了目前大规模风电系统接入电网遇到的问题和发展的方向。关键词：风力发电；双馈风力发电机；控制方法；故障穿越1风力发电的优势和特点现代社会，火力发电是最传统的发电方式，它占有着全球70%以上的发电容量，但是火电使用的煤炭等能源是不可

2、再生的，在本世纪中叶就即将消耗殆尽，同时火电燃烧排放的气体也极大地污染着我们的大气。于是随着全球环保意识和对能源濒临枯竭的危机感不断加强，上个世纪末，世界各国政府纷纷开始制定新的能源政策，将发展的重点放在了水能、核能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等新型可再生能源上。这些新的政策正改变着电力行业的格局，使电力行业在可持续发展的能源工业中得到了新的机遇，同时在如何高效率应用这些新型能源上不断挑战自我。这其中风力发电技术在八十年代中期以来受到普遍重视，欧美各国纷纷开始研制自己的风力发电系统，风力发电机的功率逐步从500KW上升到

3、2MW，其中丹麦、德国和美国的风力发电与风能利用技术相对成熟。随着现代科学技术的飞速发展，特别是将空气动力学、材料科学和大功率电力电子技术的最新成果应用于新型风电机组的开发研制，风力发电在这短短的一二十年里有了长足的发展。1981-1992年间，全球风电机组装机容量以每年65%左右速度稳步增长，1992年增加到2650MW。1995年，全球风力发电新增装机容量1300MW，比1994年增加35%。到1996年，世界风机总容量已超过5000MW。在我国，随着我国国民经济持续快速增长，我国的用电负荷和用电量与日俱增，由于传统火

4、电的发展并不能跟上经济发展的需求，电力供应紧张的局面一年比一年加剧。并且煤炭等化石能源的过度使用，不仅使资源濒临枯竭，还造成了严重的环境污染。所以我国政府也开始大力发展清洁能源发电技术，主要集中在水电、核电和风电这三大比较成熟的发电技术上。对于水电来说，它受很大的地域限制，而核电由于难以处理核废料，所以也有利有弊。风能则是一种清洁绿色、可再生的能源，对环境几乎无污染，适合大规模发展、可以大大缓解我国目前的能源紧缺问题并改善能源结构，减少对火电的依赖性。如今的风力发电正逐步走向规模化和产业化，大型并网风力发电场成为风力发电的

5、主流。随着风力发电在电网中的比例越来越大，风力发电成为除水力发电以外最成熟、最具可开发性的一种可再生能源发电方式。大力发展风力发电，对减少大气污染、发展替代能源、促进社会经济发展都有重要的意义。2风力发电的方式及其原理目前的风力发电主要有以下两种方式：定桨距恒速恒频和变桨距变速恒频。而目前的发展趋势是从定桨距恒速恒频向变桨距变速恒频逐渐过渡。这是因为：一、从定桨距到变桨距可以提高风能的采集、利用程度，使其在额定点具有较高的风能利用系数（风能利用系数：；—通过桨叶旋转面积的功率，—风力发电机吸收输出的机械功率），改善输出功率

6、特性，提高起动性能和制动性能；二、从定速到变速可以使风机在低风速时保持最佳叶尖速比（桨叶尖线速度与风速之比：；R—桨叶半径，—风速，—桨叶旋转角速度）来获得最大风能俘获；在高风速时，利用风轮储存或释放能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。图1定桨距风力发电机效率曲线如图1所示，定桨距风机在过了额定功率后，为了保护风机，风轮转速变慢，运行效率下降。而此时变桨距风机通过变桨，可以提高其运行效率。2.1定桨距恒速恒频方式定桨距恒速发电一般采用的是笼型异步电机，其转速基本上保持恒定，波动较小。这种方式不需要复杂的同步调速

7、装置，但风轮的叶尖速比随风速变化，难以达到最高的风能转换效率。发电时桨叶通过涡轮机拖动异步发电机转动，转速略超过同步转速后，转差率s和转矩变负，电机工作于发电状态。随风速变化，定桨距风机通过调整桨叶角β来控制输出功率和转速。输出有功小于额定值时，β一直保持零值；输出有功一旦超过额定值，倾角控制才起作用，使得输出有功保持在额定有功值。定桨距恒速发电适合用于小功率，通常不大于800kW。2.2变桨距变速恒频方式由于只有在特定的叶尖速比下，风能的利用系数才最大，则在每一特定风速下，风轮在一定转速时才能得到最大功率输出。所以为了要

8、在各种风速下都能获得最大风能，发电机必须变速运行。在各种风速下最大功率点的连线称为最佳功率曲线：图2风力发电机的最佳功率曲线变桨距变速发电采用同步发电机或双馈发电机发电，然后通过电力电子变换器，使电机接入恒频、恒压电网发电。变速恒频发电的类型有：1）交—直—交变换方式（直驱式）图3交—直—交变换方式如图