风力发电概述

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1、风力发电概述在化石能源日趋枯竭的形势下，风能作为一种绿色能源正得到越来越普及的应用。2008年，全球风机新增装机容量达2705.6万千瓦，增速同比超过35%，累计装机容量超过了1.2亿千瓦，同比增长约30%2009年,全球新增风电装机容量达至创纪录的3800万kW2009年,中国装机容量新增1375万kW,成为第一大风电装机市场,预计到2010年全球的风电总装机将达到1.9亿千瓦。在全球扶持风电的政策引导下，到2020年前后，全球风电总装机将达到15亿千瓦据欧洲风电协会的资料，自丹麦1991年建成第一个海上风场到2009年末,全球在运行及在建的海上风电场超过了300万千瓦,海上风电

2、场几乎都在欧洲。风能主要的利用方式是风力发电，将风流动的机械能转化为电能，然后利用电网传输到利用。风能转化为电能是利用风力发电机，发电机发出的电能经过变流器并到电网，在这能量转化中间存在诸多环节，一下针对每个环节的关键问题以及解决方法进行简要介绍。风能：风电机将风的动能转化为机械能并进而转化为电能。从动能到机械能的转化是通过叶片来实现的，而从机械能到电能则是通过发电机芯来实现的。动能每个具有质量的物体（固体、液体或者气体）在运动的时候都拥有一个跟质量m和运动速度v的平方成正比的能量（也就是动能或者动力能）。其数学表达式如下：对于风电机来说，流经叶片转动平面的空气质量运动所携带的动能

3、，就是被经过叶片转化成机械能的那部分动能。能量和功率功率P等于单位时间内的能量转化。为了计算功率，必须要将上面公式中质量m除以时间，也就是空气的dm/dt（每秒钟流经风电机叶片旋转面积的空气质量）计算出来。空气的质量空气的质量用m表示。计算m要通过空气密度ρ和空气的体积V：空气密度随着空气压力的增大而增大，随着温度的升高而减小：•冷空气比热空气密度大（热气球升空就是利用的这个原理）。在普通大气压力和20°C温度的条件下每立方米空气的质量是1.204kg；在-10°C的温度下，每立方米空气重1.342kg，比常温下重了11%。也就是说，同样的风速同样的风电机，-10°C冷风比20°C

4、热风能够多产生11%的电能。•单位体积的空气，密度大的比密度小的要重，也含有更多的能量。高压地区（1020hPa）的空气密度比低压地区（980hPa）的空气密度大，单位体积重量也大。体积上面公式当中的空气体积V等于叶片划过的面积A乘以风速v。面积A正好是一个半径为r的圆，其计算方法是圆周率乘以r的平方。所以：功率综合上面三个公式，可以得出功率P的计算方法：其中P是风电机的功率ro是空气密度r是叶片的旋转半径v是风速一台2MW的风电机叶片半径在40米左右。在普通空气密度下，温度10°C，风速6米/秒（=21km/h,和风）的情况下，风电机的功率是780KW。在这个风速下，每秒流经风电

5、机的空气是43吨。其中所蕴含的能量相当于一辆小型货车（2.5吨重）开90公里/小时的时候，或者一台小轿车（700公斤）开170公里/小时的时候的能量。当风速达到18米/秒（=65公里/小时，大风）的时候，每秒流经风电机的空气大约是130吨。风速增长到3倍，但风的功率却要增长到3的3次方倍，也就是27倍。这个时候风的功率大约是21兆瓦。风力发电机：在国外，风力发电技术的研究与应用始于1890年，相继出现了定桨距失速型机组、全桨叶变距型机组和基于变速恒频技术的变速型机组。基于变速恒频技术的风电机组具有提高低风速下风能利用率、易于实现有功与无功解耦控制、降低机组机械强度、无电压闪变问题等

6、显著优点，在兆瓦级以上风电机组中得到了广泛应用。双馈式异步感应发电机组、直驱式永磁同步发电机组是变速恒频风力发电机组的两种典型应用方式，分别代表了两种技术发展方向。双馈式异步感应风力发电机：双馈异步发电机(DFIG)在结构为定子、转子均三相对称，转子绕组电流由滑环引入，其在风力发电变流器的原理为发电机的定子通过接触器投入电网，转子通过双向变流器与电网连接。其实质是通过调节转子电流的频率、相位及功率来调节定子侧输出功率，使之与风轮输出功率相匹配，使风机运行在最大功率点附近。双馈风力发电系统的优点：①转子侧变流器仅需要1/4-1/3的风机额定功率,大大降低了变流器的造价；②网侧及直流侧

7、滤波电感、电容功率相应缩小，电磁干扰也大大降低；③可方便地实现无功功率控制。双馈风力发电系统的缺点：①双馈发电机由于必须使用双绕组以及滑环，发电机成本较高，且无标准化设计方法；②调速范围较小，一般只能在额定转速70％-130％内调节；③控制电路较复杂；④转子侧变流器工作在低频段(通常为0-16.6Hz),由于功率器件一般其有效值在50Hz下标定,工作于低频段时IGBT等功率器件的热应力增加,功率器件必须留有足够的余量；⑤转子绕组承受较高的dV/dt,转子绝缘等级要求较