风力发电节能技术的设计与应用探析

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1、风力发电节能技术的设计与应用探析摘要：阐述了风力发电的技术原理并介绍了其系统结构；介绍了几种典型的风电节模型，比较了它们的优缺点，并简述了风力发电节能技术在人们生产生活中的应用，对未来风电的发展趋势做了展望。关键词:风力发电；节能技术；技术设计；技术应用屮图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：人类社会的发展正面临着日益严重的能源短缺和环境破坏等问题，可持续发展、清洁发展已成为时代的共识，与传统能源相比，风能作为一种在全球范闱内广泛分布的清洁、永续能源，其有效利用，不仅可以摆脱对不可再生的化石

2、能源的依赖，化解常规电力的燃料价格风险，保证发电成木的稳定，而且可以从根木上解决常规能源发电所带来的硫、粉尘、碳排放等环境成本问题。从技术角度来看，目前，风力发电已成为世界上公认的，除了水电之外，可再生能源中发展最快、最为成熟、最具大规模开采和商业开发价值的产业。因此，风力发电作为有效减缓气候异常问题、提高国家能源安全性、促进低碳产业经济增长的方案，得到了各国政策制定机构、投融资机构、技术研发机构以及项日开发商的高度青睐，风力发电己经成为世界许多国家可持续发展能源战略的重要组成部分，风力发电技术

3、也成为各国学者竞相研究的热点。1.风力发电技术原理风力发电的过程就是风能经由机械能转换为电能的过程。风吹动风力机叶片旋转，转速通常较低，需要齿轮箱增速，将高速转轴连接到发电机转子并带动发电机发电，发电机输出端接一个升压变压器后连接到电网中，从而形成完整的风力发电系统。2•风力发电节能技术分析在整个风力发电系统结构中，风力发电机及其控制系统负责将机械能转换为电能。这一部分是整个系统的核心，直接影响着整个系统的性能、效率和电能质量，也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。因此,研制适用于风电转换

4、的高可靠性、高效率、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发电技术的研究重点。风力发电系统的两个主要部件是风力机和发电机。按照风力机转速进行分类，风力发电机组一般可分为恒速运行风力机和变速运行风力机。下面分别介绍目前广泛使用的3种风力发电技术及其控制方式、特点。2.1恒速风力机+感应发电机该系统包括风力机、齿轮箱、感应发电机、软起动装置、电容器组以及变压器等部分，是目前我国应用最广泛的一种系统。在正常运行时，风力机保持恒速运行，转速由发电机的极数和齿轮箱决定。若采用双速发电机，则风力机可在两种不

5、同的速度下运行，以提高功率输出。软起动装置的作用是防止风力机切入和切出时产生过大的冲击电流，而电容器组则是为感应发电机提供足够的无功补偿。常用这种恒速风力机系统的功率控制方式为定桨距控制或失速控制。叶片与转轴刚性连接，风力机桨距角保持不变，当风速增大时风力机叶片的攻角增大，直到最后气流在翼型上表面分离而产生脱落，即失速效应。这时叶片升力减小，阻力提高，从而达到降低风能捕获的目的。该机组的突出优点是：结构简单、鲁棒性好、控制方便、无需进行维护、造价较低。缺点是：叶片与轮毅刚性连接，风速波动较大时产

6、生较大的机械负载,容易导致齿轮箱故障，对叶片要求也较高；输出功率波动较大；发生失速时，难以保证恒定的功率输出,输出功率有所降低。鉴于以上原因,这种风力发电系统的容量通常较小。1.2变速恒频双馈式风力发电机双馈式风力机是变速运行风力机的一种，系统包括风力机、齿轮箱、感应机、PWM变频器和直流侧电容器等。双馈机的定子与电网直接连接，转子通过两个VSC变频器连接到电网屮，机组可在较大速度范围内运行，与电网之间实现能量双向传输。当风力机运行在超同步速度时，功率从转子流向电网；而当运行在次同步速度时，功率

7、从定子流向转子。直流侧电容器的作用主要是维持直流侧电压。由于采用普通的异步或同步发电机，通过变频器并网运行的风力发电系统，变频器在发电系统主回路中，因此变频器的功率不小于发电机的功率，造成了变频器成本过高。双馈发电机变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率由发电机的转速运行范围所决定的转差功率决定，仅为定子额度功率的一部分，因此双向励磁变换的容量仅为发电机容量的一小部分，变频器的成本大大降低。与恒速风力机不同，其功率控制方式为变桨距控制，即桨距角随风速的改变而改变，从而使风力机在较

8、大范围内按最佳参数运行，以提高风能利用率。当风速增大到额定值以上时，叶片与轮毅间的轴承机构转动使叶片桨距角增大，攻角减小，从而减小翼型的升力，达到控制风力机叶片扭矩和功率的目的。2・3变速风力机+同步发电机该机组也是变速运行风力发电系统的一种，系统包括风力机、齿轮箱、同步发电机、全功率变频器、直流侧电容等。当发电机采用低速多极同步发电机时，可以不使用齿轮箱，即“直接驱动”风力机系统。变频器部分可以采用两个背靠背的全功率电压源换流器，也可以通过直流电缆进行连接。与双馈式风力机不同，此风力机系统的输