几种常见风力发电系统的技术比较

摘要：随着国内工业的快速发展，迅速地提高了综合国力，但是，给自然环境带来了严重地污染。因此，需要探求新型绿色能源来缓解环境污染的程度，最近国内兴建了大量的风力发电系统，促进了新能源事业的发展，本研究将比较下常见对的风力发电系统技术。

关键词：风力发电系统；技术

中图分类号： TM315文献标识码： A

前言：近年来，世界都在兴建风力发电系统，来缓解用电的紧张局面。对于我国来说，我国的风力资源相当丰富，虽然应用风力发电的时间较短，但是我国的风力发电系统的技术较为成熟，风力发电系统的电力已经十分庞大，发电量占据国家发电总量的一定比例，但是相关专家还在研究更为成熟的技术，为风电发电事业作出更大的贡献。

1.浅析国内外风力发电的应用现状

近几十年来，由于世界各国大力发展工业，带来巨大的经济效益的同时，也严重地污染了地球的环境，引起了全球变暖的现象。现在世界各国正在寻求更为环保的能源，而风力资源则可以满足这个需求，现在世界风力发展正快速地发展，很多国家利用风力发电量占据国家总发电量一半以上。随着不断地深入应用风力发电，其发电技术逐渐变得成熟，风力机的容量得到了质的飞跃，最大容量达到50万瓦。据不完全统计，根据现在风力发电现状，预计未来的几十年中，世界风力发电总量将占据全球发电总量的20%。就目前而言，欧洲国家的风力发电量处于世界领先地位，这是因为这些国家制定了鼓励风力发电的政策，这刺激了风力发电技术不断地提高，使其技术处于世界领先水平。

现在来介绍下我国的风力发电应用现状，我国的风能资源较为丰富，风能经济可开发量达到2.6亿kW，我国风力发电主要分布在偏远山区、海岛等，因为这里风能相当充足，但是由于地形较为复杂，不适合建设电力网。我国风力发电事业还处于探索阶段，发电容量只占据国内发电容量的0.1%，我国的风力发电技术和国外的先进技术有很大的差距，因此国内建设风力发电系统的设备均需进口，导致花销成本过高，这直接影响到了国内风力发电事业的进程。其实，风力发电也有个缺点，风能具有不稳定的特点，导致输出的功率不太稳定，这种不确定性直接影响到了电网的正常运行，甚至会带来安全事故。因此，国内相关专家一直在探索风力发电的技术，努力推进我国风力发电事业的发展。

2.概述风力发电的相关原理及风机模型

2.1小议风力发电的基本原理

简单地说，风力发电就是将风能转化为机械能，然后再将机械能转化为电能的过程。风吹动风力机叶片旋转，但是一定要限制较低的转速，主要靠齿轮箱增速，将高速转轴连接到发电机转子并带动发电机发电，发电机输出端再接一个升压变压器后连接到电网中。整个风力发电系统主要包括风力机、控制器、转轴、发电机等组成，其实有些风力发电机不需要换热器如恒速率的感应电机，应将设定好风速转换为电信号，然后进一步传给风力机，调整相应的参数，将输出机械功率传给发电机，然后在经过换流器输送到变压器中，就可以直接输送给电网了，这就是整个风力发电系统的基本原理。下面再来简单介绍下常见的风力发电的发电机，主要有笼型转子异步机、绕线转子异步机、同步机、永磁发电机、可变磁阻发电机等。

2.2简单介绍几种风力发电的常见风机模型

风能具有很大的不稳定性，不能够统计出风速的发展规律。若想判断一个地区的风能状况时，必须考虑到风的统计特性，就是研究风速的频率分布，现在很多专家都采用瑞利分布、对数正态分布、双参数威布尔分布、三参数威布尔分布等来拟合风速的线性，这就是用于研究风力发电系统与电网之间动态影响的飞速模型。该种风速模型将风分为了随机风、渐变风和阵风，这三种风速模型进行相互叠加，就形成了仿真计算的风速模型。再来简单介绍下风力机传动部分模型，传动部分主要由轮毂、风力机叶片、转子转轴和齿轮箱等组成，轮毂及叶片是整个传动部分的核心，在给传动部分建立模型时，不应该靠质量的因素来进行建模，这样会带来负面的影响，应该采用双质量模型来建模，这样就不会忽略掉任何因素。风力机在运行中会呈现出一定的特征，共有四张运行状态：风力机停止运行、风力机以部分负荷运行、风力机以全负荷运行、风力机停止运行，如果风速远大于切出风速时，那就需要采取紧要措施，停止叶片的转动，然后调整风速小于切出风速，方可继续运行。

3.探析几种常见的风力发电系统及其特性

3.1恒速风力机与感应发电机相组合的发电系统

下面来介绍下该种风力发电系统的组成情况，该种系统主要由风力机、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组成，是我国经常应用的一种系统，当该发电系统处于正常的运行状态时，保持着恒定的风速，转速则有发电机的齿轮箱来决定，如果使用的双速发电机，那么风力机将以两种速度进行运行，这样可以到高功率输出的目的。软起动装置的作用是未来防止风力机产生过大的冲击电流，感应发电机主要是为电容器提供足够的无功补偿，这种风力发电系统的控制方式属于定桨距控制，就是将叶片和转轴刚性连接，如果风速变大时，可以使风力机叶片的攻角变大，直到使表面发生脱落的现象，这就是所谓的失速效应，这样的现象便于降低风能捕获。这种风力发电系统的组合有着很大的优势，主要是控制方便，建造成本较低，但是也存在一些缺点如输出功率波动性较大等。

3.2概述下变速恒频双馈式风力发电机

双馈式风力机其实属于变速运行风力机的范畴，它主要包括风力机、齿轮箱、感应机、PWM变频器和直流侧电容器等，这种风力机的定子与电网直接连接，转子通过变频器连接到电网中，这样可以使发电机组在较大速度下运行，如果当风力机运行速度过快时，那么功率将会从定子流向转子。该发电系统包括的直流侧电容器的作用是维持电压的稳定性，这种发电机组的控制方式是变桨距控制，指桨距角随着风速的改变而改变,从而使风力机在较大范围内按最佳参数运行,以提高风能利用率。如果风速大于限定值时，那么翼型的升力就会表笑，这样就可以轻易控制风力机叶片的扭矩和功率，这种风力机是当今世界各国研究的热点，我国已经开始试用该风力机系统，这种系统的优点是不需要无功补偿装置、风能利用率高等，但是它的造价昂贵，增加了投资成本。

3.3变速风力机与同步发电机组合的风力发电系统

这种风力发电系统主要包括风力机、齿轮箱、全功率变频器、直流侧电容等，这种发电系统采用的变频器是由两个全功率电压源换流器，这样就可以直接通过直流电缆连接，该风力机系统的输出功率是通过双功率变频器输送到电网的，如果与电网进行隔开，那么系统将在不同的频率下进行运行，而不会影响到电网的频率。这种风力发电系统具有巨大的优势，其一，可以通过控制变频器来实现控制有功和无功；其二，该系统能够有效提高风能利用率；其三，该种供电方式是轻型直流输电的形式，可以向海岛、偏僻地区进行供电。但是这种系统在我国暂时没有得到应用，是因为该种系统的变频器造价很高，不能带来相应的经济效益。

4.结语

总之，风力发电具有环保、资源丰富等特点，将使世界未来不可或缺的新型能源。虽然我国风力发电事业还处于初步阶段，但是应该加倍努力研究风力发电系统的高新技术，促进我国该项事业的快速发展。

参考文献：

[1] 赵祥，张新丽，张世福.大型永磁同步发电机在风力发电中的应用[J].电气技术.2010(11)

[2] 刘雪菁，王伟，曾继伦.永磁同步风力发电机组控制策略的仿真研究[J].计算机仿真.2009(03)

[3] 张国新.风力发电并网技术及电能质量控制策略[J].电力自动化设备.2009(06)