首页,(杏悦娱乐),首页离网型风力发电系统 , 也称作离网型风电机组 或小型风电机组 ,是指在常规电网外 ,推广独立供电 的风力发电机组 ,主要用于解决常规电网外无电地 区农牧渔民的日常生活用电问题 。通常离网型风电 机组容量较小 ,均属小型发电机组 ,其发电容量从几 百瓦至几十千瓦不等 。离网型风电机组按照发电类 型的不同 ,可分为直流发电机型 、 交流发电机型两大 类 。直流发电机型在早期的离网型风力发电机组采 用 ,主要包括永磁及电励磁两种类型 。随着离网型 风力发电机组的发展 , 发电机类型逐渐由直流发电 机转变为交流发电机 ,交流发电机型主要包括永磁 、 硅整流自励及电容自励三种类型 , 由于永磁交流发 电机在结构上转子无励磁绕组 , 不存在励磁绕组损 耗 ,效率高于同容量的励磁式发电机 ,由于发电机转

　　第 6 期 晋社民 : 浅议风力发电 双馈式风电机组是目前国内外风电机组的主流 机型 ,由于其发电设备发电机采用异步发电机 ,当出 现电网故障时 ,现有的保护原则是将交流励磁双馈 异步风力发电机立即从电网中脱网以确保机组的安 全 。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规 模的不断扩大 ,风电机组与电网间的相互影响已日 趋严重 。人们越来越担心 , 一旦电网发生故障迫使 大面积风电机组因自身保护而脱网的话 , 将严重影 响电力系统的运行稳定性 。因此 , 随着接入电网的 交流励磁双馈异步风力发电机容量的不断增加 , 电 网对其要求越来越高 , 通常情况下要求发电机组在 电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行 , 并在 故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行 , 也 就是说 ,要求风电机组具有一定低电压穿越能力 。 ( 2 )直驱式变速恒频风力发电系统 。直驱式变 速恒频风力发电系统 , 即直驱式风电机组 。该类机 组采用风力机直接驱动风力发电机的驱动形式 。发 电机采用永磁同步发电机 ,其转子为永磁式结构 ,无 须外部提供励磁电源 ,提高了效率 ,变速恒频控制也 是在定子电路实现的 , 把永磁发电机发出变频的交 流电通过变频器转变为与电网同频的交流电 , 因此 变频器的容量与系统的额定容量相同 。由于直接耦 合 ,永磁发电机的转速很低 , 使发电机体积很大 , 成 本较高 ,但由于省去了价格更高的齿轮箱 , 所以 , 整 个系统的成本还是降低了 。另外直驱式变速恒频风 电机组所采用的变频器必须是全功率变频器 , 变频 器的成本以及控制难度相对于双馈式变速恒频风力 发电系统而言要大了许多 。采用直接耦合永磁发电 机控制方案 ,因风力机直接驱动永磁同步发电机 ,省 去了齿轮箱 ,转速低 、 机械损耗小 ,功率因数比较高 , 便于维护 ,在低风速下可以高效率发电 。不但大大 减少系统运行噪声 , 并且提高了系统的运行效率和 可靠性 。 直驱式风电机组主要难题是大容量永磁同步发 电机的生产制造 。直驱式变速恒频风力发电系统由 于其具有很多技术方面的优点 , 特别是采用永磁发 电机技术 ,其可靠性和效率更高 ,是近几年发展起来 的先进技术 ,且业已成熟 ,是未来风电技术的发展方 向。 ( 3 )混合式变速恒频风力发电系统 。混合式变 速恒频风力发电系统是双馈式和直驱式两种控制技 术的折中方案 ,由于直驱式风力发电系统不仅需要 低速 、 大转矩电机而且需要全功率变流器 ,为了降低 系统设计难度 ,带有低变速比齿轮箱的混合型变速

　　恒速恒频发电系统是指在风力发电过程中 , 通 过定桨距失速控制风轮机 , 使风力发电机的转速保 持恒定 ,从而保证风力发电机的端输出电压的频率 和幅值恒定的风力发电技术 。采用恒速恒频发电技 术的风电机组 ,其配套的风力发电机一般是同步发 电机或鼠笼式异步发电机 , 机组控制简单 , 制造方 便、 可靠性高 、 并网容易 , 但运行范围相对较窄 。恒 速恒频发电系统虽不是目前市场的主流技术 , 但技 术成熟 ,运行维护经验相对丰富 ,设备性能和产能比 较稳定 。 功率调节是风电机组的关键技术之一 , 按功率 调节的方式不同 ,恒速恒频风电机组主要分为定桨 距失速调节 、 变桨距调节和主动失速调节三种调节 控制方式 。 ( 1 )定桨距失速调节方式 。采用定桨距失速调 节的风电机组的主要特点是 ,桨叶与轮毂固定连接 , 桨叶的迎风角度固定不变 , 机组的风力机功率调节 完全依靠桨叶的气动特性 。当风速低于额定值时 , 风力机的输出功率随风速的变化而变化 ; 当风速高 于额定值时 ,通过桨叶翼型本身的失速特性或偏航 控制 ,降低风能效率 ,达到限制功率的目的 。采用该 调节方式的风电机组 , 控制调节简单可靠 , 但桨叶 、 轮毂 、 塔架等主要受力部件的受力增大 。 ( 2 )变桨距调节方式 。采用变桨距失速调节的 风电机组的主要特点是 ,沿桨叶的纵轴旋转叶片 ,控 制风轮能量吸收 , 以保持一定的输出功率 。当风速 低于额定值时 , 桨叶的叶片攻角处于 0 ° 位置不变 , 不作任何调节 ,此时的运行状态可等同于定桨距风 电机组 ; 当风速高于额定值时 ,通过风电机组的变桨 控制机构 ,调整叶片桨距 , 改变叶片攻角 , 屏蔽部分 风能 ,使风力发电机的输出功率保持在额定功率 。 采用该调节方式的风电机组 ,起动性能好 ,输出功率 稳定 ,机组结构受力小 , 停机方便安全 , 但由于机组 增加了变桨距装置 ,增加了故障几率 ,控制程序比较 复杂 。 ( 3 )主动失速调节方式 。采用主动失速调节方 式的风电机组的主要特点是 , 机组的桨叶设计采用 失速特性 ,系统调节采用变桨距调节 。该调节方式 是前两种功率调节方式的组合 , 吸取了定桨距失速 调节和变桨距调节的优点 , 从而优化了机组功率的 输出 。当风速低于额定值时 , 将桨叶节距调节到可 获取最大风能的位置 ,调整叶片攻角 ,优化机组功率 输出 ; 当风速高于额定值时 ,桨叶节距主动向失速方

　　子没有滑环 ,运转时更安全可靠 , 电机重量轻 , 体积 小 ,工艺简便 , 因此在离网型风电机组中被广泛应 用。 离网型风电机组主要由桨叶 、 轮毂 、 发电机 、 桨 叶同步电动变矩机构 、 转向偏航驱动机构 、 风向 、 风 速传感器 、 塔架 、 电动保护机构 、 控制系统 、 蓄电池 组、 逆变电源等部分组成 。机组工作范围较宽 (风 速范围为 3 ～25m / s) 、 运行平稳 、 质量可靠 , 使用寿 命长 (在 15 年以上 ) 、 成本较低 , 价格便宜 , 非常适 合于中国的偏远农牧地区的消费水平 。 我国的离网型风电机组产业总体上是在向好的 方向发展 ,离网型风电机组与太阳能的互补系统在 解决边远地区无电问题上作出了不可磨灭的贡献 。 它的功率比同类太阳能系统来得大 , 能为更多的负 载甚至小型生产性负载提供电力 , 其价位更易为广 大农牧民所接受 ,如果政府采用小风电或风光互补 系统来解决农牧地区无电问题 , 则政府的投入将比 相同功率的太阳能系统少得多 。

　　并网型风力发电系统 ,也称作并网型风电机组 , 一般指能够与公共电网并联运行的大型风力发电系 统 。并网型风电机组一般由桨叶 、 、 轮毂 增速传动机 构、 偏航机构 、 风力发电机 、 塔架和控制系统等部分 组成 。在风力发电中 , 当风力发电机与电网并联运 行时 ,要求风电频率和电网频率保持一致 ,即风电频 率保持恒定 。并网型风力发电系统分为恒速恒频发 电系统 ( CSCF 系统 )和变速恒频发电系统 ( VSCF 系 统 ) 。其中 ,单机容量为 750kW 以下的风电机组多 采用恒速恒频运行方式 ; 容量范围 1MW 以上的风 电机组一般采用变速恒频运行方式 。

　　26 卷 甘 肃 科 技 第 向调节 ,限制风力机获取能量 ,将功率调整在额定值 以下 ,限制机组最大功率输出 。采用该调节方式的 机组 ,既有失速特性 , 又可变桨距调节 , 不但提高了 机组的运行效率 ,并且控制容易 ,输出平稳 。 1. 2. 2 变速恒频发电系统 变速恒频发电机系统是指在风力发电过程中 , 发电机的转速可以随风速变化而变化 , 并通过其他 的控制方式来得到和电网频率一致的恒频电能的风 力发电技术 。采用变速恒频发电技术的风电机组 , 风力机根据风速不同而变速运行 , 使风力机的风能 利用系数在额定风速以下的整个运行范围内都处于 最大值 ,从而获得更多的能量 。与恒速恒频发电系 统相比 ,变速恒频发电系统通过变桨距控制风力机 , 不但可以最大限度地捕捉风能 , 减小风力机的机械 应力 ,使风力机在很大的速度范围内按最佳效率运 行 ,而且还可以减少风电机组向电网输送功率的波 动 。变速恒频风力发电系统通过变桨距控制风轮使 整个系统在很大的速度范围内按照最佳的效率运 行 ,这是当前风力发电发展的一个趋势 。 变速恒频发电系统主要分为双馈式变速恒频风 力发电系统 、 直驱式变速恒频风力发电系统和混合 式变速恒频风力发电系统三大类 。 ( 1 )双馈式变速恒频风力发电系统 。双馈式变 速恒频风力发电系统 , 即双馈式风电机组 。该类机 组采用风力机通过增速齿轮箱驱动风力发电机的驱 动形式 。发电机采用交流励磁双馈异步风力发电 机 ,发电机定子绕组直接接到工频电网上 ,转子绕组 与频率 、 、 相位 幅值和相序均可调节的双向变频器相 连接 。由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实 现的 ,通过变频器的功率仅仅是转差功率 ,该转差功 率仅为定子额定功率的一小部分 ,所以 ,变频器的容 量仅与调速范围有关 ,仅为发电机容量的 1 /3,并且 能量可以双向流动 , 其变频器的成本以及控制难度 较低 。采用交流励磁双馈异步发电机的控制方案不 但可以实现变速恒频控制 ,减少变频器的容量外 ,还 可以实现对有功 、 无功功率的灵活控制 ,对电网而言 可起到无功补偿的作用 。但由于交流励磁双馈异步 风力发电机的转子采用绕线式结构 , 发电机带有电 刷和滑环 ,这种摩擦接触式结构在风力发电恶劣的 运行环境中较易出现故障 ,需要经常维护 ,在一定程 度上降低了系统的可靠性 。鉴于此 , 采用笼型结构 的无刷双馈异步风力发电机 ,由于其没有电刷和滑 环 ,可靠性更高 ,促使其成为当前研究的热点 ,但在目 前 ,这种电机在设计和制造上仍然存在着一些难题 。

　　摘 : 大规模利用可再生能源已成为世界各国的重要选择 。风能是可再生能源中发展最快的清洁能源 ,也是最具 要 有大规模开发和商业化发展前景的发电方式 , 前景十分看好 。重点描述了目前风力发电系统的结构形式和性能特 点 ,并对世界风力发电的趋势进行了必要的阐述 , 同时针对我国大型风电机组的发展状况 , 指出了大规模发展风电 面临的主要问题与挑战 。明确了我国风力发电事业发展的主要措施和途径 。 关键词 : 风力发电 ; 调节技术 ; 发展趋势 中图分类号 : T M315

　　风力发电系统按接入公共电网型式 。可分为离 网型和并网型两种型式 ,其中 ,离网型风力发电系统 是指独立于公共电网之外运行的小型风电机组 , 主 要用于解决在公共电网无法覆盖的无电地区农牧渔 民的日常生活用电问题 ; 并网型风力发电系统 ,一般 是指能够与公共电网并联运行的大型风电机组 , 是 公共电网电源供应的一种新型能源 。 由于风力发电是新能源中技术最成熟的 、 最具 规模开发条件和商业化发展前景的发电方式 , 在世 界范围内得到了迅速发展 。在国家宏观政策引导和 市场需求的拉动下 ,近年来 ,我国的风力发电得到了 迅速发展 ,已经成为全球发展速度最快的风力发电 市场 。