风力发电技术论文
风力发电技术论文1风力发电技术
摘要:随着世界能源的日益短缺，科学技术的飞速发展，以及人们对环境保护的要求，人们正在努力寻找一种可替代石油、天然气等能源的可再生、环保、清洁的绿色能源。风能是目前最具发展前景的新型能源。它是取之不尽、用之不竭的能源，是清洁、无污染、可再生的绿色能源。风能的利用，从风车到风力发电，证明了文明和科学的进步。绿色和平组织和欧洲风能协会在2002年提出了《风力发电2012》报告，报告指出，到2020年，世界风力发电将达到世界电力总需求的12%，中国电力发展？十一五规划？发展纲要中还指出，中国风力发电将占全球风力发电总量的14%。与火力发电和水力发电相比，风力发电具有单机容量小、分散建设等优点。随着国家对能源和环保需求的不断增加，风力发电的经济性、实用性等优势也将显现出来。
关键词:风力发电技术
一、风力发电在国内外的发展现状
1.国外风力发电发展现状
2012年，新增风电装机容量最多的10个国家，占世界风电装机容量的87%。与2007年相比，美国保持在1，中国超越西班牙从第三位上升到第二位，印度超越德国和西班牙从第五位上升到第三位。前三个国家总装机量占全球60%。据世界风能协会统计，2012年，全球风电装机容量增加约2726万千瓦，增长率约为29%。累计到1.21亿kW，增速42%，突破1亿kW大关。风电总量2600亿千瓦时，占世界总用电量的0.25%，2012年增加到1.5%。虽然风电发展还有很多困难，如电网适应性、风能资源、海上风电开发等。，与常规能源相比，经济优势逐渐凸显，世界各国对风力发电的发展充满信心。
2.中国风力发电现状
我国风力发电始于上世纪50年代末，在吉林、辽宁、新疆等省建立了单机容量10kW以下的小型风电场，但此后一直处于停滞状态。直到1986，中国第一个并网风电场才在山东荣成建成。自此，并网风电场建设进入探索和示范阶段，但其特点是规模小、单机容量大。到1990，已建成4个并网风电场，总装机容量4.215MW，最大单机容量200kW。在此基础上，风力发电从1991开始进入逐步推广阶段。到1995，我国已建成5个并网风电场，总装机容量36.1MW，最大单机容量500kW。1996后，风力发电进入扩大建设规模阶段，特点是风电场规模和装机容量大，最大单机容量1500kW。根据中国风能协会的最新统计，2007年中国除台湾省省外，新增风机3144台。与2006年相比，2007年新增装机容量增长率为145.8%，累计装机容量增长率为126.6%。2007年，除台湾省外，中国累计安装了6458台风力涡轮机，装机容量为5890兆瓦。
各种风力涡轮机的优缺点
风力发电机主要由两部分组成:
风力涡轮机部分将风能转化为机械能；
发电机部分将机械能转化为电能。
根据这两部分风机采用的不同结构类型，以及其技术方案的不同特点和不同组合，风机可以有多种分类方式。
(1)根据动力传递的机械连接方式不同，可分为？有变速箱风扇吗？没有齿轮？直驱风扇？。
齿轮箱型风扇的叶片通过齿轮箱、其高速轴和万向弹性联轴器将扭矩传递给发电机的传动轴。该联轴器具有良好的吸收阻尼和振动的特性，能吸收适量的径向、轴向和一定的角度偏差，并能防止机械装置过载。
然而，直驱式风扇采取了不同的方法，采用了许多先进的技术。叶片的扭矩可以在不增加变速箱转速的情况下直接传递到发电机的传动轴上，这样风扇产生的电能也可以输出到电网上。这种设计简化了装置的结构，降低了故障概率，具有很多优点。现在多用于大单位。
(2)根据叶片接收风能的功率调节方式，可分为:
？固定螺距(失速型)装置？叶片和轮毂之间的连接是固定的。当风速变化时，叶片的迎风角度不能随之变化。由于结构简单、性能可靠，近20年来，定桨距(失速)机组在风能开发利用中一直占据主导地位。
？可变螺距单元？叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片的攻角可以在一定范围内(一般为0-90度)调整变化。其性能比定距型好很多，但结构趋于复杂，现在多用于大机组。
(3)根据叶轮转速是否恒定，可分为:
？恒速风力发电机？设计简单可靠，成本低，维护量少，可直接并网；缺点是:气动效率低，结构负荷高，造成电网波动，吸收电网无功。
？变速风力涡轮机？气动效率高，机械应力小，功率波动小，性价比高，支撑结构轻。缺点是:功率对压降敏感，电器价格高，维护量大。现在常用于大容量主力机型。
(4)根据风力发电机的类型，风力发电机可分为两类:
？异步发电机模型同步发电机模型？
只要选择合适的变流装置，它们都可以用于变速运行的风机。
异步发电机可分为:
(a)鼠笼式异步发电机的转子为鼠笼式。由于其结构简单可靠、成本低廉、易于接入电网，在中小型机组中得到广泛应用。
(b)绕线式双馈异步发电机的转子是绕线的。定子直接与电网相连传输电能，绕线转子也由变频器控制向电网输送有功或无功功率。
同步发电机型号可分为:
(a)电励磁同步发电机的转子为线绕凸极，磁场由外部DC电流励磁产生。
(二)永磁同步发电机的转子是铁氧体材料制成的永磁极，通常是低速多极型，无需外部励磁，简化了发电机的结构，因而具有很多优点。二、相关风力发电控制技术
随着节约型社会的逐步推进，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到人们的关注。然而，面对风况的多变性(风速和风向的随机性)和风电场风机的分散性，作为其可靠高效运行的关键技术，控制技术需要不断完善，具有广阔的研究前景。
三、风力发电机组控制系统的组成
风力发电机控制系统由本体系统和电子控制系统组成。本体系统包括空气动力系统、发电机系统、变流器系统及其附属结构。电子控制系统由不同的模块组成。主模块包括桨距控制、偏航控制和变流器控制，辅助模块包括通信、监控和健康管理控制。此外，本体系统和电控系统之间实现了系统连接和信号转换。比如气动系统的桨距由桨距控制系统控制，保证了风能转换的最大化和功率输出的稳定性。风轮的自动对风和连续跟踪风向引起的自动放缆由偏航控制系统控制，分为主动迎风和被动迎风两种模式。目前，大型并网风力发电系统大多采用主动偏航模式。变电流控制通常与变桨距系统相结合来控制变速恒频运行和最大额定功率。
根据风力发电机组的不同分类标准，风力发电机组的控制系统可以分为不同的类型。目前主流的风力发电模型主要是根据桨距特性和发电机类型来分类的。通过技术的不断改进，控制系统从最初的定桨距恒速恒频控制转变为变桨距恒速恒频控制，再发展为变桨距变速恒频控制。此外，根据并网类型，风电控制系统可分为离网型和并网型，前者已进入大规模稳定发展阶段。后者成为目前控制系统的主要发展方向。
1.音调控制
变桨距控制是风力发电机控制系统的研究重点，实际上是对功率的控制。与定桨距控制相比，不能解决叶片自动失速和功率不稳定的问题。系统通过改变桨距角，使风机在低风速(即低于额定风速)时处于最佳风能捕获状态，桨距保持为零，从而实现风能的最大利用。当风速较高时(即高于额定风速)，改变攻角，降低叶片的气动力矩，也可以达到调速和限制功率的目的。减少风速和风向变化对机组的影响。由于相应风力发电机的特性不同，桨距控制可分为主动控制和被动控制。
2.偏航操纵
偏航系统又称风力装置，是风力发电机组特有的伺服控制系统。通过一系列控制系统程序，将风轮调整到与风向一致，保证了风力发电机的平稳运行，高效利用风能，大大降低了发电成本，有效保护了电机。作为伺服系统，连续跟踪风向容易造成电缆缠绕，偏航系统还具有电缆自动放线功能。对于不同的风力机，采用不同的偏航装置，分为尾舵对风、侧风轮对风、伺服电机或定向电机调整方向。前两者是被动迎风，后者是主动迎风。
3.转换器系统
变流器系统采用全功率变流器完成风力发电机组的输出功率转换和并网。现在的并网系统有直接并网、降压并网、准同步并网和软并网，目前最常用的是软并网。
当风机启动时，变流器控制单元实现风机的并网。正常运行时，变流器控制单元要接受主控制器的命令来控制输出功率，从而实现电网有功功率和无功功率的灵活控制。
四、风力发电技术发展趋势的展望
在我国，大力发展以新型风光发电模式为代表的电力系统已经成为一项长期国策，新能源电力在不久的将来将成为我国电力建设不可或缺的一部分。随着国外品牌的不断降价，整机厂的介入，新一轮的竞争越来越激烈，大家要结合国内整机厂来做。电网友好消耗的故障穿越技术是国产变流器必须解决的问题，国产化使我国整体技术水平上了一个台阶。
动词 （verb的缩写）对风力发电前景的建议
1做好风能资源调查工作。
风资源的确定是发挥风电功能的前提，今后应加大这方面的投入，从整体上对我国实际风资源有一个详细准确的了解，为政府和风电决策者合理规划风电提供正确的指导。为了进一步了解风能资源状况，有必要加快风能资源普查工作。在这方面，不仅有关部门需要筹集一些资金来增加对风资源调查的投入，而且各地也应自筹资金开展本地区的风资源调查，并仔细调查和确定可开发风电场的分布和规模。
2提高风力发电机组的制造技术
为了提高中国风力发电应用的技术水平，需要不断加强与发达国家的交流，学习他们的先进技术。只有知道它们之间的差距，才能不断提高我国风电的技术水平。中国提出，到2010，风电装机要有80%的国产化率，必须在技术上占领竞争制高点。《可再生能源法》规定:国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科学技术发展和高技术产业发展的优先领域，纳入国家科学技术发展规划和高技术产业发展规划，安排资金支持可再生能源开发利用的科学技术研究、应用示范和产业化发展，促进可再生能源开发利用的技术进步？。这一规定为风力发电的技术进步创造了良好的机遇。提高风电技术也是降低风电成本和上网电价的关键。
3依靠政策发展风电
2006年国家正式实施《可再生能源法》，2008年国家发改委发布《可再生能源发展？十一五规划？策划”。这些政策法规的出台为风力发电的发展提供了制度支持，具体措施和细则要细化、规范、易操作，使风力发电的发展能够稳步快速发展。
中国的风电发展已经超过30年，取得了显著的进步。但由于基础薄弱，风电发展过程中存在技术落后、政策支持不足、上网电价高等诸多困难。随着政府和公众对风电的逐渐了解，可再生能源法的正式实施和可再生能源的发展？十一五规划？随着规划的颁布和风电设备设计制造技术的不断提高，风能的利用必将为我国的环境保护和能源结构调整做出巨大贡献。风电行业和相关科研机构应抓住这一机遇，对风电的全面发展做出系统可行的规划，逐步解决风电发展中的困难，完善风电机制，在提高风电战略地位的同时，尽快使风电普及并惠及民众。
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