并网型风力发电技术的现状及发展

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1、■●■综述●·SURVEYLECTURE并网型风力发电技术的现状及发展本文概述了并网型风力发电技术的现状与发展，阐述了风力发电的基本原理、工作方式和主要电路拓扑，比较了在不同拓扑下的风电系统的效率，最后从提高系统效率和可靠性两个方面，探讨并网型风力发电技术的发展趋势。清华大学自动化系耿华周宏林l引言风力发电的高速增长得益于风电技随着传统石化能源的日益匮乏，可术的成熟。目前单机容量600千瓦、750再生能源作为解决全球能源危机的绿色千瓦、1．5兆瓦的风电机组已达到商业化方案，受到世界各国的普遍重视。由于生产水平，成为当前世界风力发电已

2、装起步较晚，技术落后，我国的能源消费机机型中的主力军，其运行方式也逐步与世界主流有很大的偏离。目前，世界从恒速定桨距向变速变桨距过渡。进一平均电力消费中，煤电占39％、水电步改善系统效率、提高系统可靠性已成19％、核电16％、天然气l5％、油电为风力发电技术的发展趋势。l6％、风电等可再生能源占1％；其中，本文首先将简单介绍风力发电系统欧盟计划到2010年新能源提供的电力将的工作原理、拓扑结构和控制器的组(1)叶轮；(2)轮毂；(3)机舱内框架；(4)叶提高到22％；而在我国的20l0电力规划成；接着详细阐述国内外风力发电技术轮轴与

3、主轴连接；(5)主轴：(6)齿轮箱；中，煤电占80％，水电占14．8％，燃气电的现状；在此基础上，分别从提高系统(7)刹车盘；(8)发电机的连接；(9)发电占2．7％，核电占2．1％，风电等可再生能效率和可靠性方面，概述并网型风力发机；㈣散热器；0D冷却风扇；(12】风测量源占0-4％Ill。电技术的发展趋势。系统；n3)控制系统；【14)液压系统；(1偏与其他可再生能源利用方式相比，航驱动：(10偏航轴承；(17)机舱盖；(1塔风力发电是解决我国电力和能源紧缺的2风力发电基本原理架；(191变桨距部分。重要战略选择，。，。据中国气

4、象科学研并网型风电系统的风机一般为水平图1NOROE×8Q偿50OkW型风电栩．组示：意图究院测算，我国的风力资源非常丰富，轴式，其组成如图1所示。风力发电的基实际可供开发的陆地风能资源总储量有本原理是：风吹动风轮机的叶轮，风能其中，P为风轮输出功率；c．f(，0【)2．53亿千瓦，近期具备开发条件的风电转化为机械能，叶轮通过增速齿轮箱或为风轮的功率系数；A="R为风轮扫掠场约有5O个，分布在全国161i"-省(市，自直接带动发电机旋转，发电机再将机械面积；p为空气密度；v为风速；R为风治区)，同时还由于具有无污染、施工周能转化为电

5、能送人电网供用户使用。水轮半径，=(

6、)R／v叶尖速比，“)为风期短、投资灵活、占地少、造价低等显平轴式风机在其桨叶正对风向时才旋轮机械角速度，q为风机桨矩角。著优势，风力发电已成为我国能源政策转，因此根据风向，由偏航系统控制风由式(1)可知，通过控制桨矩角和电支持的重要发展方向。并网运行是风力机迎风；对于变桨矩机组，还需要一套机转速都可以改变风机吸收的风能。发电最重要的运行方式，2007年，我国变桨矩系统，实现风机桨距角的调节。由空气动力学的相关知识，C。最大并网风电场总装机容量达605万千瓦，预2．1风轮功率特性可达59．3％，

7、称为贝兹极限。计到2020年，总装机容量达20O0万千风轮从风中吸收的有功功率为【2l：c与，。【的曲线关系如图2所示。当1．瓦，将占全国发电发电量的1％[41。=÷cApv(1)桨矩角o【一定时，c存在最大值cP，固THEWORLDOFINVERTERS●●-综述■·SURVEYLECTURE控制电机转速使得最优，可以实现风转速和系统输出功率的限制，需要调节机输出功率最大；桨矩角a变化时，Ce桨叶的桨矩角，使得系统工作在恒功率,也相应变化。理想状态下，c【=0。对应区，即图3中的GI段。最大c，实际系统中，由于桨叶中杂CSCF和V

8、SCF方式下所采用的发电机．质和气流等影响，最优0【值一般在0。附类型和电路拓扑结构也有所区别。近，可以通过现场调试获得。由于同步机并网比较困难，CScF一2．2风电系统运行方式及拓扑结构般采用鼠笼式异步电机，典型电路拓扑长期以来，由于结构简单、运行可结构如图5所示’-。当风机带动发电机达图3风力机功率一转速曲线靠，风力发电系统主要采用恒频恒速发到或者接近同步速时，并网运行，此后l2电方式(ConstantSpeedConstantFrequency电机转速基本保持恒定，系统送人电网l一简称CSCF)[l，其发电效率较低，而且由的电

9、压频率恒定。言0．g}／／／＼Noalallpovi06tm“于机械承受应力较大，相应的装置成本vSCF一般采用交流励磁的双馈发电：摹o4较高。为实现不同风速下的高效发电，机[9,10,11】、同步发电机[2或直接驱动的多0．2．现国