抗风力技术（精选12篇）
抗风力技术 篇1
0 引言
众所周知，风能是一种能量密度低、稳定性差的能源，保证运行的可靠性和安全性、提高风力发电的品质和效率、延长风电机组的寿命是风力发电控制系统的基本目标。图1为基于DCS技术的大型风电机组控制系统总体结构框图[1,2,3,4,5]。
主控制器监测电力参数、风力参数、机组状态参数，启/停其他功能模块，实时监控风电系统工作状态。人机界面主要实现运行操作、状态显示、故障记录、趋势曲线、绘制报表、用户管理等功能。软切入控制的主要功能是限制发电机并网和大小发电机切换时的冲击电流、平稳风力发电机并网过渡过程。偏航控制系统主要包括自动偏航、手动偏航、90°侧风、自动解缆等功能[2]。大型风电机组均采用主动对风控制，当风轮主轴方向与风向标指向偏离超出允许偏差范围且持续一定时间后，偏航系统控制伺服(偏航)电动机运转使风轮主轴方向跟踪主风向。液压系统执行风力机的变桨距和制动操作，实现风电机组的功率控制、转速控制及开停机控制。制动系统是风电机组安全保障的重要环节，在定桨距机组中，通过叶尖挠流器执行气动刹车;而在变桨距机组中，通过控制变桨距机构也可控制机械刹车机构。
另外，风电机组的控制设备还包含安全保护系统，是传感器和工控机的集成，包括超速保护、电网失电保护、电气保护(过电压及短路保护、防雷击保护等)、机组振动保护、发电机过热保护等，主要执行停机和紧急停机程序，具有最高优先权，可进入至少两套刹车系统。
以上概述了风电机组控制系统的一般功能，为了更好地实现提高风力发电品质、效率的目标，应对风电机组的稳态运行工作点进行精确控制，其控制技术发展的3个主要阶段为:从起源于丹麦的定桨距恒速恒频控制，到20世纪90年代发展起来的变桨距恒速恒频控制，再到目前已广泛应用的变桨距变速恒频控制。本文总结这3个发展阶段的运行控制技术，综述了风力发电控制技术的发展趋势。
1 定桨距失速控制
定桨距风力机的桨叶固定在轮毂上，桨叶的迎风角度不随风速的变化而改变，即叶片桨距角不可调。当风速高于额定风速(一般为12～16 m/s)时，其依赖于叶片独特的翼形结构所具备的自动失速性能而将功率自动限制在额定值附近。20世纪80年代，叶尖挠流器在定桨距风电机组得到成功应用，使桨叶自身具备了制动能力，有效解决了突甩负载情况下的安全停机问题。为了使机组在低风速段运行时具有较高效率，定桨距风电机组采用双速发电机、双绕组双速感应发电机等以实现不连续变速功能[2]。对联网运行的定桨距风电机组，晶闸管恒流软切入装置是其控制系统的重要部分。
定桨距失速控制无功率反馈系统和变桨距机构，结构简单，安全系数较高，不需要复杂的控制程序，但其性能受叶片失速性能限制，启动风速较高，在风速超过额定值时发电功率下降。为了提高功率调节性能，近年来又研制出主动失速型风电机组[1,2]。
2 变桨距控制
变桨距风轮的桨叶与轮毂不像定桨距那样采用刚性联接，其叶片的桨距角可随风速变化进行调节，以调节风电机组的功率。在额定功率以下时，为最大限度获得风能，控制器将桨距角调至0°附近并固定，发电机的功率根据叶片的气动性能随风速变化而变化;当风速过高，高于额定功率时，增大桨距角使风轮迎风面积减小，从而将发电机功率保持在额定值。变桨距调节具有额定点风能利用系数较高、启/制动性能好、输出功率平稳等优点，故成为大型风电机组的最佳选择。但随着并网机组向大型化方向发展，桨叶转动惯量巨大(大型风机的单个叶片重达数吨，有的风轮直径已达一百多米)，仅采用桨距角控制难以适应风速的快速变化。为了有效控制快速变化的风速引起的功率波动，近年来出现了采用转子电流控制(RCC)技术以调整绕线型异步发电机转差率的新型变桨距控制系统[1]，如图2所示。
图2中，转速控制器的输出为桨距给定，桨距控制器为非线性比例控制器，其输出控制液压伺服系统，使桨距角变化。其中，转速控制器A在发电机并网前工作，即在机组进入待机状态或从待机状态重新启动时投入工作，通过调节桨距角，使发电机以一定的加速度升速，当发电机在同步转速(50 Hz时1 500 r/min)10 r/min(可调)内持续1s(可调)时发电机将切入电网，并切换为转速控制器B和功率控制器工作。
转速控制系统B的输入为速度偏差和风速，在达到额定值前，速度给定随功率给定按比例增加。若风速和功率输出一直低于额定，将根据风速输出最佳的桨距给定，以优化叶尖速比;若风速超出额定，通过改变桨距角使发电机转速跟踪给定，将输出功率稳定在额定。图2中，风速信号是经低通滤波器后参与桨距控制的，即桨距控制对瞬变风速并不响应。在瞬变风速下维持输出功率稳定是通过功率控制器进行的，其通过绕线型异步发电机转子电流控制环实现[参见本系列讲座(2)中的图1“绕线转子电流受控的异步风力发电机”结构]，即根据功率控制器输出的电流给定值，通过电力电子装置调整转子回路等效电阻(其动作时间在毫秒级以下)，从而迅速调节发电机转差率，即迅速改变风轮转速，吸收瞬变风速引起的功率波动，实现额定风速以上且风速频繁变化时的发电机输出额定功率，减少变距机构的动作频率和幅度。
3 变速控制
目前，变桨距变速恒频风电机组已成为大型并网风电机组的主流机型，其基本控制策略为:低于额定风速时，控制发电机转速以跟踪风速变化，使风轮叶尖速比保持在最佳值，实现最大风能跟踪(MPPT)控制;高于额定风速时，调节桨距以限制风力机吸收的功率不超过极限值，并在风速大幅度变化时使发电机保持输出功率恒定。
3.1 额定风速以下实现MPPT的转速控制
图3为桨距角不变，不同风速Vi下风力机的输出功率特性。图3中，ωi是对应Vi使风力机具有最佳叶尖速比λopt的风轮角速度，将Vi，ωi对应的各风速下最大输出功率点相连即为最大功率曲线Popt。
在Popt曲线上运行的风力机将输出最大功率Popt，即
式中:K=ρS(R/λopt)3Cpmax/2;ρ为空气密度;S为风轮扫风面积;R为风轮半径;λopt为最佳叶尖速比;Cpmax为最大风能利用系数。
目前常用的最大风能跟踪控制方法有如下3种基本方法。
3.1.1 风速跟踪控制
实时测量风速，然后依据风电机组的功率特性，推算出使风轮叶尖速比保持在最佳值的发电机所需最佳转速nopt，控制变速发电机的转速使其跟踪最佳转速nopt，从而实现MPPT。
虽然这种方法的原理简单明了，但必须已知风力机特性，且要求测量的风速与作用在桨叶上的风速有良好的关联性。然而，由于风速在时间、空间上的随机变化，很难精确测得与到达风轮上的风速一致的结果，这限制了该方法的工程应用。为了克服风速跟踪控制方法的缺点，出现了多种基于风速预测方法的改进控制系统[1]。
3.1.2 功率反馈控制
实时测量发电机转速(则可得到风轮角速度ω)，依据风轮角速度ω和风力机最大功率曲线Popt，实时计算发电机的输出有功功率指令P*，控制发电机的输出有功功率使其跟踪指令P*，即可实现MPPT。以上实现MPPT的过程可用图2说明[10]:设原先在风速V5下机组稳定运行在Popt曲线的E点，此时风力机输出功率和发电机输入功率均为PE，两者平衡，风轮以最佳角速度ω5稳定运行;若风速由V5突升至V4，风力机的工作点将由E跳动至F，对应的输出功率跃变至PF，而发电机却因惯性和控制滞后仍暂时工作在E点，因PF>PE，发电机将升速;在升速过程中，风轮沿其固有的功率特性FD曲线增速，而采用功率反馈控制的发电机则沿最大功率曲线增速，两者到达D点时，重新建立起功率平衡，风轮以与风速V4相对应最佳角速度ω4稳定运行。
该方法不需要测量风速，但需要已知风力机最大功率曲线和发电机损耗特性，以获得有功功率指令P*。研究表明[10]:即使在P*的计算不很准确时，也可使发电系统运行在“次最佳状态”，获得较理想的最大风能跟踪控制效果，故该方法颇具实用价值。
3.1.3 最大功率搜索控制
其依据是在某一固定风速下，风力机的功率特性P(ω)为凸函数。在有的文献中，该方法也称为爬山搜索算法[9]、功率扰动控制[12]，其通过施加人为的功率扰动进行离散迭代控制，使风轮机的工作点“一步一步”地沿其功率曲线移动到最大值附近，且保持一定的波动。以人为施加转速扰动引起功率变化从而自动搜索发电机最佳转速nopt实现MPPT为例说明如下[9]:计算当前风力机功率P(k)，并和上一控制周期的风力机功率P(k-1)比较，若ΔP(k)=P(k)-P(k-1)>0，则保持发电机转速指令的扰动值Δn的符号不变，继续进行下一周期的转速扰动;否则，若ΔP(k)=P(k)-P(k-1)<0，则应将转速指令的扰动值Δn的符号反号，继续进行下一周期的转速扰动。因当前的Δn与上周期的转速指令相加即为新的转速指令，故若风机功率渐增，则将保持转速指令值渐增(或渐减);若风机功率减小，则应改变转速指令变化的方向。
该方法的优点是无需测风装置，对风力机功率特性的了解要求不高，系统有自动跟随与自适应能力;缺点是即使风速稳定，发电机稳态功率输出仍有波动，控制周期不能太小，系统调节时间较长[12]。
3.2 额定风速以上的功率控制[1]
在风速超过额定风速时，变速风电机组的控制系统通过调节风力机风能利用系数，实现保持发电机输出功率恒定、使机组传动系统具有良好柔性的基本目标。
目前，有两种改变风力机风能利用系数的方法:1)控制发电机电磁制动转距，以调节发电机转速，进而调整叶尖速比;2)调节桨距角以改变风轮迎风面积，从而调节空气动力转矩。应该指出，理想的控制方案是采用转速与桨距双重调节。
4 风电机组控制技术的发展趋势
4.1 风力发电系统智能控制
风电机组是一类复杂的非线性系统，其精确的数学模型难以建立，采用基于数学模型的传统控制难以使系统在全部运行状态下获得满意的动、静态性能。随着不依赖于数学模型的智能控制技术的发展，模糊控制和人工神经网络在风电机组控制领域应用方兴未艾，并成为研究热点之一[1,6]。
文献[13]在桨距控制器设计中引入二维模糊控制算法，仿真结果验证了在风速高于额定风速且频繁变化时，基于模糊控制算法的变桨距控制器能够随风速变化不断调节桨距角，使风力发电机输出功率稳定在额定值附近。文献[14]对基于模糊控制的双馈风力发电空载并网技术进行了研究，其在有刷双馈异步发电机转子可逆变流装置的控制中，采用了参数自整定模糊PI控制器，即利用模糊控制规则对PI算法的比例参数和积分参数在线调整，仿真表明该控制算法可有效提高系统的鲁棒性。文献[15]则在基于爬山搜索算法实现小型风电系统MPPT的控制系统中引入模糊/PID双模控制，大范围搜索用模糊控制，小范围搜索则用PID。仿真表明:模糊/PID双模控制能使系统平稳跟踪最大功率点，发电机稳态输出功率波动较小。
人工神经网络具有映射任意非线性输入-输出关系的能力。可基于BP网建立桨距角全范围变化时的风能利用系数模型;也可建立以风速、风轮角速度、功率为输入，桨距角指令值为输出的BP网，构成基于BP网的桨距控制器[1]，实现桨距控制的目标。文献[16]选择风力机转速和风速作为直接样本数据，计算得到的风力机输出功功率为间接样本数据，经离线训练，建立了以风力机转速和功率为输入、风速为输出的BP网风速预测模型，并将该风速预测模型应用于采用风速跟踪控制方法的直驱式风力发电系统MPPT控制，仿真结果表明基于BP网的风速预测模型正确、可行。文献[17]在变速恒频双馈异步发电机定子有功功率控制中引入单神经元控制算法，实现MPPT，仿真结果验证了控制算法的有效性。
目前，风电机组智能控制研究多数停留在仿真阶段，尚缺乏实际工程应用。另一方面，模糊控制和人工神经网络具有互补性，两者相结合的神经网络模糊控制在风电机组控制领域中的应用研究尚少;基于数据驱动的机器学习方法与风能转换系统控制相结合的研究也有待深入。
4.2 风力发电系统低电压穿越技术[5][18,19]
随着风电机组装机容量不断增大，风力发电系统对现存电网稳定性的影响成为倍受关注的课题，其中热点之一是研究电网电压瞬间跌落情况下风电机组对电力系统的影响。目前，世界各国纷纷制定了针对大型风电机组并网运行的标准，要求在电网发生故障如电压瞬间跌落时，风电机组仍能保持并网，且能向电网提供一定的无功功率支持，以提高电力系统的稳定性，这就要求风电机组具有一定的低电压穿越(LVRT)运行能力。
双馈异步发电机(DFIG)风电机组在电网电压跌落时将导致DFIG转子侧过电压、过电流。转子电路中的Crowbar(保护)电路是使DFIG风电机组具备LVRT能力的关键，其在电网电压故障时可有效对变流器进行保护，且可向电网发出无功功率，使电网电压迅速恢复正常。但转子Crowbar电路无法兼顾转子侧变流器及齿轮传动等机械部件实现全面保护，且不同故障类型及不同故障程度下的电路参数难以统一。目前，DFIG风电机组的LVRT运行研究仍是难点，主要集中于保护电路拓扑结构和变流器控制算法改进研究。
对采用多级永磁同步发电机的直驱型变速恒频风力发电系统而言，因为其与电网通过背靠背功率变换器隔离，且无功功率控制灵活，故在LVRT运行方面具有优势。在直流侧增加保护电路、在直流侧和电网间增加辅助变流器等保护措施可增强直驱型风电机组LVRT运行能力。
大容量并网型风电机组LVRT运行控制策略是有待深入研究的热点课题。但电网故障具有不可控性，故为了测试风电机组LVRT运行性能，模拟电网电压跌落特性的“电压跌落发生器(VSG)”研发也成为一个热点。
抗风力技术 篇2
20世纪90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等学者对双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用进行了理论、仿真分析和试验研究，为双馈电机在风力发电系统中的应用打下了理论基础。同时，电力电子技术和计算机技术的高速发展，使得采用电力电子元件(IGBT等)和脉宽调制(PWM)控制的变流技术在双馈电机控制系统中得到了应用，这大大促进了双馈电机控制技术在风电系统中的应用。八十年代以后，功率半导体器件发展的主要方向是高频化、大功率、低损耗和良好的可控性，并在交流调速领域内得到广泛应用，使其控制性能可以和直流电机媲美。九十年代微机控制技术的发展，加速了双馈电机在工业领域的应用步伐。近十年来是双馈电机最重要的发展阶段，变速恒频双馈风力发电机组已由基本控制技术向优化控制策略方向发展。其励磁控制系统所用变流装置主要有交交变流器和交直交变流器两种结构形式:(1)交交变流器的特点是容量大，但是输出电压谐波多，输入侧功率因数低，使用功率元件数量较多。(2)采用全控电力电子器件的交直交变流器可以有效克服交交变流器的缺点，而且易于控制策略的实现和功率双向流动，非常适用于变速恒频双馈风力发电系统的励磁控制。
为了改善发电系统的性能，国内外学者对变速恒频双馈发电机组的励磁控制策略进行了较深入的研究，主要为基于各种定向方式的矢量控制策略和直接转矩控制策略。我国科研机构从上世纪九十年代开始了对变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究，但大多数研究还仅限于实验室，只有部分研究成果在中，在小型风力发电机的励磁控制系统中得到应用。因此，加快双馈机组的励磁控制技术的研究进度对提高我国风电机组自主化进程具有重要意义。
除了上面提到的双馈风力发电系统励磁控制技术研究以外，变速恒频双馈风力发电系统还有许多研究热点包括:
(I)风力发电系统的软并网软解列研究
软并网和软解列是目前风力发电系统的一个重要部分。一般的，当电网容量比发电机的容量大得多的时候，可以不考虑发电机并网的冲击电流，鉴于目前并网运行的发电机组已经发展到兆瓦级水平，所以必须要限制发电机在并网和解列时候的冲击电流，做到对电网无冲击或者冲击最小。
(2)无速度传感器技术在双馈异步风力发电系统应用的研究
近年，双馈电机的无位置以及无速度传感器控制成了风力发电领域的一个重要研究方向，在双馈异步风力发电系统中需要知道电机转速以及位置信息，但是速度以及位置传感器的采用提高了成本并且带来了一些不便。理论上可以通过电机的电压和电流实时计算出电机的转速，从而实现无速度传感器控制。如果采用无传感器控就可以使发电机和逆变器之间连线消除，降低了系统成本，增强了控制系统的抗干扰性和可靠性。
(3)电网故障状态下风力发电系统不间断运行等方面
并网型双馈风力发电机系统的定子绕组连接电网上，在运行过程中，各种原因引起的电网电压波动、跌落甚至短路故障会影响发电机的不间断运行。电网发生突然跌落时，发电机将产生较高的瞬时电磁转矩和电磁功率，可能造成发电机系统的机械损坏或热损坏，所以三相电网电压突然跌落时的系统持续运行控制策略的研究是目前研究焦点问题之一。
此外，双馈风力发电系统的频率稳定以及无功极限方面也是目前研究的热点。
在大型风力发电系统运行过程中，经常需要把风力发电机组接入电力系统并列运行。发电机并网是风力发电系统正常运行的“起点”，也是整个风力发电系统能够良好运行的前提。其主要要求是限制发电机在并网时的瞬变电流，避免对电网造成过大的冲击，并网过程是否平稳直接关系到含风电电网的稳定性和发电机的安全性。当电网的容量比发电机的容量大的多(大于25倍)的时候，发电机并网时的冲击电流可以不考虑。但风力发电机组的单机容量越来越大，目前己经发展到兆瓦级水平，机组并网对电网的冲击已经不能忽视。比较严重的后果不但会引起电网电压的大幅下降，而且还会对发电机组各部件造成损害;而且，长时间的并网冲击，甚至还会造成电力系统的解列以及威胁其它发电机组的正常运行。
因此必须通过合适的发电机并网方式来抑制并网冲击电流。
目前，实现发电机并网的方式主要有两种，一种被称为准同期方式，另一种被称为自同期方式。准同期方式是将已经励磁的发电机在达到同期条件后并入电网;自同期方式则是将没有被励磁的发电机在达到额定转速时并入电网，随即给发电机加上励磁，接着转子被拉入同步。自同期方式由于当发电机合闸时，冲击电流较大，母线电压跌落较多而很少采用。因此，现在发电机的主要并网方式为准同期方式，它能控制发电机快速满足准同期条件，从而实现准确、安全并网。
异步风力发电机组并网
异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷，其输出的功率与转速近乎成线性关系，因此对机组的调速要求不像同步发电机那么严格精确，不需要同步设备和整步操作，只要转速接近同步转速时就可并网。但异步发电机的并网也存在一些问题。例如直接并网时会产生过大的冲击电流(约为异步发电机额定电流的4～7倍)，并使电网电压瞬时下降。随着风力发电机组电机容量的不断增大，这种冲击电流对发电机自身部件的安全以及对电网的影响也愈加严重。过大的冲击电流，有可能使发电机与电网连接的主回路中自动开关断开;而电网电压的较大幅度下降；则可能会使低压保护动作，从而导致异步发电机根本不能并网。另外，异步发电机还存在着本身不能输出无功功率、需要无功补偿、过高的系统电压会造成发电机磁路饱和等问题。
目前，国内外采用异步发电机的风力发电机组并网方式主要有以下几种。
(1)直接并网方式
这种并网方法要求并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力机驱动的异步发电机转速接近同步转速(90%一100%)时即可完成自动并网，见图(2-6)所示，自动并网的信号由测速装置给出，然后通过自动空气开关合闸完成并网过程。这种并网方式比同步发电机的准同步并网简单，但并网瞬间存在三相短路现象，并网冲击电流达到4～5倍额定电流，会引起电力系统电压的瞬时下降。这种并网方式只适合用于发电机组容量较小或与大电网相并的场合。
(2)准同期并网方式
与同步发电机准同步并网方式相同，在转速接近同步转速时，先用电容励磁，建立额定电压，然后对已励磁建立的发电机电压和频率进行调节和校正，使其与系统同步。当发电机的电压、频率、相位与系统一致时，将发电机投入电网运行，见图(2-7)所示。采用这种方式，若按传统的步骤经整步到同步并网，则仍须要高精度的调速器和整步、同期设备，不仅要增加机组的造价，而且从整步达到准同步并网所花费的时间很长，这是我们所不希望的。该并网方式合闸瞬间尽管冲击电流很小，但必须控制在最大允许的转矩范围内运行，以免造成网上飞车。
(3)降压并网方式
降压并网是在异步发电机和电网之间串接电阻或电抗器或者接入自祸变压器，以便达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机进入稳态运行后必须将其迅速切除。显然这种并网方法的经济性较差。
(4)晶闸管软并网方式
这种并网方式是在异步发电机定子与电网之间通过每相串入一只双向晶闸管连接起来，来对发电机的输入电压进行调节。双向晶闸管的两端与并网自动开关K2的动合触头并联，如图2-9所示。
接入双向晶闸管的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。图(2-9)示出软并网装置的原理。通过采集US和IS的幅值和相位，对晶闸管的导通角进行控制。具体的并网过程是:当风力发电机组接收到由控制系统微处理机发出的启动命令后，先检查发电机的相序与电网的相序是否一致，若相序正确，则发出松闸命令，风力发电机组开始启动；当发电机转速接近同步转速时(约为99 %-100%同步转速)，双向晶闸管的控制角同时由180度到0度逐渐同步打开，与此同时，双向晶闸管的导通角则同时由0度到180度逐渐增大，此时并网自动开关K2未动作，动合触点未闭合，异步发电机即通过晶闸管平稳地并入电网，随着发电机转速的继续升高，电机的转差率趋于零，当转差率为零时，双向晶闸管已全部导通，并网自动开关K2动作，短接双向晶闸管，异步发电机的输出电流将不再经双向晶闸管，而是通过已闭合的自动开关K2流入电网。在发电机并网后，应立即在发电机端并入补偿电容，将发电机的功率因数(cos }p)提高到0.95以上。由于风速变化的随机性，在达到额定功率前，发电机的输出功率大小是随机变化的，因此对补偿电容的投入与切除也需要进行控制，一般是在控制系统中设有几组容量不同的补偿电容，根据输出无功功率的变化，控制补偿电容的分段投入或切除。这种并网方法的特点是通过控制晶闸管的导通角，来连续调节加在负载上的电压波形，进而改变负载电压的有效值。目前，采用晶闸管软切入装置((SOFT CUT-IN)已成为大型异步风力发电机组中不可缺少的组成部分，用于限制发电机并网以及大小电机切换时的瞬态冲击电流，以免对电网造成过大的冲击。
晶闸管软并网技术虽然是目前一种较为先进的并网方法，但它也对晶闸管器件以及与之相关的晶闸管触发电路提出了严格的要求，即晶闸管器件的特性要一致、稳定以及触发电路可靠，只有发电机主回路中的每相的双向晶闸管特性一致，并且控制极触发电压、触发电流一致，全开通后压降相同，才能保证可控硅导通角在0度到180度范围内同步逐渐增大，才能保证发电机三相电流平衡，否则会对发电机
不利。
适合交流励磁双馈风力发电机组的并网技术
目前，适合交流励磁双馈风力发电机组的并网方式主要是基于定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术，包括空载并网方式，独立负载并网方式，以及孤岛并网方式。另外，对于垂直轴型的双馈机组，由于不能自动起动，所以必须采用“电动式”并网方式。下面对各种并网方式的实现原理分别给予了简要介绍。
(1)空载并网技术
所谓空载并网就是并网前双馈发电机空载，定子电流为零，提取电网的电压信息(幅值、频率、相位)作为依据提供给双馈发电机的控制系统，通过引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节，使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致。当满足并网条件时进行并网操作，并网成功后控制策略从并网控制切换到发电控制。如图(2-10)所示。
（2)独立负载并网技术
独立负载并网技术的基本思路为:并网前双馈电机带负载运行(如电阻性负载)，根据电网信息和定子电压、电流对双馈电机和负载的值进行控制，在满足并网条件时进行并网。独立负载并网方式的特点是并网前双馈电机已经带有独立负载，定子有电流，因此并网控制所需要的信息不仅取自于电网侧，同时还取自于双馈电机定子侧。
负载并网方式发电机具有一定的能量调节作用，可与风力机配合实现转速的控制，降低了对风力机调速能力的要求，但控制较为复杂。
(3)孤岛并网方式
孤岛并网控制方案可分为3个阶段。第一阶段为励磁阶段，见图(2-12)所示，从电网侧引入一路预充电回路接交—直—交变流器的直流侧。预充电回路由开关K1、预充电变压器和直流充电器构成。
当风机转速达到一定转速要求后，K1闭合，直流充电器通过预充电变压器给交—直—交变流器的直流侧充电。充电结束后，电机侧变流器开始工作，供给双馈电机转子侧励磁电流。此时，控制双馈电机定子侧电压逐渐上升，直至输出电压达到额定值，励磁阶段结束。
第二阶段为孤岛运行阶段。首先将Kl
断开，然后启动网侧变流器，使之开始升压运行，将直流侧
升压到所需值。此时，能量在网侧变流器，电机侧变流器以及双馈电机之间流动，它们共同组成一个孤岛运行方式。
第三阶段为并网阶段。在孤岛运行阶段，定子侧电压的幅值、频率和相位都与电网侧相同。此时闭合开关K2，电机与电网之间可以实现无冲击并网。并网后，可通过调节风机的桨距角来增加风力机输入能量，从而达到发电的目的。
(4)“由动式”并网方式
前面介绍的几种并网方式都是针对具有自起动能力的水平轴双馈风力发电机组的准同期并网方式，对于垂直轴型的双馈机组(又称达里厄型风力机)由于不具备自启动能力，风力发电机组在静止状态下的起动可由双馈电机运行于电动机工况来实现。
如图(2-13)所示，为实现系统起动在转子绕组与转子侧变频器之间安装一个单刀双掷开关K3，在进行并网操作时，首先操作K3将双馈发电机转子经电阻短路，然后闭合K1连接电网与定子绕组。在电网电压作用下双馈电机将以感应电动机转子串电阻方式逐渐起动。通过调节转子串电阻的大小，可以提高起动转矩减小起动电流，从而缓解机组起动过程的暂态冲击。当双馈感应发电机转速逐渐上升并接近同步转速时，转子电流将下降到零。在此条件下，操作K3断开串联电阻后将转子绕组与转子侧变频器相连接，同时触发转子侧变频器投入励磁。最后在成功投入励磁后，调节励磁使双馈发电机迅速进入定子功率或转速控制状态，完成机组起动过程。
这种并网方式实现方法简单，通过适当的顺序控制就能够实现不具备自起动能力的双馈发电机组的起动与并网的需要，如果电机转子侧安装有“CrowBarProtection”保护装置，则通过控制器投切“CrowBar Protection”就可以实现系统的起动与准同期并网。
空载并网方式并网前发电机不带负载，不参与能量和转速的控制，所以为了防止在并网前发电机的能量失衡而引起的转速失控，应由原动机来控制发电机组的转速。独立负载并网方式并网前接有负载，发电机参与原动机的能量控制，表现在一方面改变发电机的负载，调节发电机的能量输出，另一方面在负载一定的情况下，改变发电机转速的同时，改变能量在电机内部的分配关系。前一种作用实现了发电机能量的粗调，后一种实现了发电机能量的细调。可以看出，空载并网方式需要原动机具有足够的调速能力，对原动机的要求较高;独立负载并网方式，发电机具有一定的能量调节作用，可与原动机配合实现转速的控制，降低了对原动机调速能力的要求，但控制复杂，需要进行电压补偿和检测更多的电压、电流量。孤岛并网方式是一种近年来才提出的比较新颖的一种并网方式，在并网前形成能量回路，转子变换器的能量输入由定子提供，降低了并网时的能量损耗。
其中空载并网方式由于具有控制策略简单，控制效果好，而在实际机组中广泛采用，而负载并网方式、孤岛并网方式以及“电动式”并网方式由于存在控制系统较为复杂，系统稳定性差等缺点目前仍然停留在理论探索阶段。
双馈发电机并网控制与功率控制的切换
双馈风力发电系统并网控制的目的是对发电机的输出电压进行调节，使建立的DFIG的定子空载电压与电网电压的幅值、频率、和相位保持一致，当满足并网条件时进行并网操作，并网成功后进行最大风能追踪控制
.并网成功后一方面变桨距系统将桨叶节距角置于0以获得最佳风能利用系数，与此同时转子励磁系统开始进行最大功率点跟踪(Maximum Power pointTracking,MPPT)控制，以捕获最大风能。并网切换前后控制策略有较大差异，如果直接切换，则控制系统重新从零开始调节，必然引起转子电压的突变，从而造成并网瞬间系统产生振荡，这种振荡可能短时间内使系统输出有很大的偏差，致使控制量超过系统可能的最大允许范围，容易造成发电机损坏，而这在实际的并网过程中是十分不利的。为此，要达到发电机顺利、安全并网的目的还必须实现控制策略的无扰切换，使转子输出电压平稳的过渡到新的稳定状态。
双馈发电机的解列控制
风力发电技术的发展现状 篇3
关键字 风能 发电技术 现状
地球上的风能资源极其丰富。据专家估计，全世界风能资源总量为每年2万亿kW，也就是说，仅l%的地面风力就能满足全世界对能源的需求。由于风力发电技术的不断发展，风力发电的成本已与火力发电相当。因此，风力发电越来越受到世界各国的重视。
一、世界风力发电的现状
从1974年起，美国开始对风能利用技术进行系统的研究，能源部对风能项目的投资已超过25亿美元。丹麦是最早利用风力发电的国家，其风电规模居世界第3位，总装机容量达到l 450 MW，风力发电量占丹麦总发电量的3%左右。丹麦的风力透平发电机制造水平及制造能力均位于世界前列，全球10大风机制造商中，丹麦有6家。
目前，德国是世界风力发电规模最大的国家，其风力发电的装机容量已达3 000 MW。德国的风机制造能力强、水平高，全球10大风机制造商中，德国占有2家。另外，西班牙，印度，意大利，日本等国风力发电的规模也都位于世界前列。
二、我国风力发展的现状
我国风能资源比较丰富，全国可开发利用的风能资源总最为2.5亿kW。东南沿海、山东和辽宁沿海及其岛屿、内蒙古北部、新疆北部、甘肃等地区均属风能资源丰富区，年平均风速26 m/s，有效风能密度≥200 w/m2，有很好的开发利用条什。在我国风力资源较丰寓的边远、无电、缺电地区宜发展中小型独立运行的风电系统，以解决这些地区的生活用電和部分生产用电；在风力资源丰富的南方，电网通达的地区，应以发展较大规模的并网风电系统为主，补充和部分替代常规能源，提高当地的环境质最。
三、我国风力发电面临的问题
在风力发电迅猛发展、风力发电前景日益广阔的情况下，风力发电临着一些急待解决的问题。从大的方而讲，风力发电面临两大课题。第一，风山发电还主要用于高风速的强风地带，这主要是考虑该地带风能密度大，其发电效果比较明显，但风力过强，也给风力发电机的设计、使用和维护带来困难。另外，地球上更多的地方是巾、低风速的弱风地带，如何利川这些地带的风能，值得很好研究；还有在很多地形复杂、不适丁‘联网发电的地区（如雪原、孤岛、居民分散的偏僻地区等）如何进行风力发电的问题，也值得研究，第一，刘于经济实力相对较弱的地区，人们还更多考虑的是风电成奉问题，在风电成本略高于火电的当前，努力降低风力发电的成本是推动风力发电的重要途径。在降低成本的诸多因素中，从提高技术水平出发求提高风力机组的年发电量是一个重要的方面。
近年来，单机容量不断增大，是风力发电技术的显著特点之一。单机容量大，有利于降低每下轧的制造成本。今后2兆瓦以上级风电机组将成为风电场主导。通过结构动力学的研究，改进设计，避免或减少由于风的扰动引起的有害负荷，减少应力，减轻相关部件及机组整体的质量，从而降低成本。
采用新型整体式驱动系统是另一个改进方向，集主传动轴、变速箱和偏航系统为体，这就使整个风力机传动系统简化，提高了传动效率、传动质量及可靠性，降低了制造、安装、维护的费用。采用新型叶片的翼型设计，从而捕获更多的风能。美国国家可再生能源实验室丌发了一种新型叶片，其捕获风能的能力比通常叶片提高20%，现在通川的叶片最大风能利川系数在45%左右，可见，叶片翼型设计的改进方面还有较大的发展空间。
四、结束语
近年来风力发电迅猛发展，年递增率在25%左右，我国风力发电成本比较高，影响了我国风电的发展。更广泛、更有效地利用风能，提高风力发电的效益、降低其成本，利于促进风电事业的发展具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]杨书平.风电发展现状分析.大连民族学院学报，2003，3（1）
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风力发电技术综述 篇4
地球表面各处接受太阳照射受热不同而产生温差,引起大气对流运动形成风。地球上风能蕴藏量巨大,而且取之不尽,用之不竭,是一种重要的可再生能源。据世界气象组织于1954年估计,地球上可为人们利用的风能有107 MW,这相当于10 000个100万k W的利用燃料发电的发电厂的容量,是地球上可供利用的水力的100倍。这是一个非常可观的数量[1]。在中国,根据2004~2005年中国气象局进行的第三次全国风能资源普查,仅陆上10 m高空处的实际可开发的风能就有2.97亿k W。我国陆上加海上可开发风能总量有7~12亿k W[2]。
人类利用风能的历史已经有数千年,然而利用风能发电的历史却始于1891年,但之后的较长时间发展缓慢。直到1973年石油危机后,风力发电作为新能源越来越受到重视。特别是20世纪90年代以来,风力发电加速发展[2,3],总装机容量以年均25%以上的速度增长,每年新增容量的增长率也超过了30%。2007年,全球新增风电装机容量20 073MW,累计风电装机容量94 112 MW。欧洲2007年新增电源中风电首次超过天然气发电,成为第一大增长电源。
中国发展风力发电始于1990年,2000年总装机容量为350 MW,到2006年增长为2 600 MW,年增长率近40%。2007年更是翻了一番,新增3 449MW,居世界第三,总装机达到6 050 MW,居世界第五。图1给出了世界风电总装机前10位的情况。2008年8月12日,中国风电发电装机总量已经达到7 000 MW,占我国发电总装机容量的1%,这也意味着我国已进入可再生能源大国行列。
风力发电的快速发展和各国支持风电发展的政策紧密相关。为促进风力发电的发展,世界各国政府出台了许多优惠政策,主要包括有:投资补贴、低利率贷款、规定新能源必须在电源中占有一定比例、规定最低风电电价、从电费中征收附加基金用于发展风电、减排CO2奖励等。欧洲的德国、丹麦、荷兰等采用政府财政扶持、直接补贴的措施发展本国的风力发电事业;美国通过金融支持,由联邦和州政府提供信贷资助来扶持风力发电事业;印度通过鼓励外来投资和加强对外合作交流发展风力发电;日本采取的措施则是优先采购风电。多种多样的优惠政策促进了各国风力发电的快速发展。中国为促进风力发电的发展,先后实施了“乘风计划”、“光明工程”和“双加工程”,推行风电特许权项目,给予风电在资金、电价等方面的政策支持。2006年正式实施了《可再生能源法》及其一系列实施细则,大大促进了风力发电的发展。根据全球风能理事会以中等发展水平的预测,中国风力发电装机容量2010年将达到10 000 MW,2020年将达到70 000MW,2050年将达到450 000 MW。
2 风力发电系统的基本形式
从机组结构上来看,风力发电经过多年的发展,曾出现过多种类型。图2是几种典型的风力发电系统拓扑[4],这些拓扑的区别在于使用的发电机和电力电子变换器以及有无齿轮箱。
图2(a)是20世纪80年代到90年代被广泛采用的传统结构。它的风力机采用失速调节,机组转速可以认为是不可调的。为了补偿感应发电机的无功功率使用了电容器组,为了平滑并网使用了软启动器进行软并网。
图2(b)中,用电力电子变换器代替了软启动器和电容器组,把电网和感应发电机隔开,实现了机组在全风速下的变速运行。
图2(c)中使用了绕线转子的感应发电机,并采用电力电子变换器外部改变转子电阻,从而获得转差率可控的10%可调范围,并通过控制转差率控制机组输出的功率。
图2(d)结构使用了双馈型感应发电机,用变频器控制转子绕组的电流。变频器功率仅为发电机额定功率的20%~30%就可控制发电机的全功率输出。这种结构比图(c)的结构有更宽的调速范围,变换器所需功率较小,经济性好。我国东汽集团生产的1.5 MW风力发电机组就属于这种结构。
图2(e)引入了绕线式同步发电机,经电力电子变换器连接电网。由于它需要励磁用整流电路、电刷和滑环,即使其可以实现变速恒频也不被看好。
图2(f)与图2(e)结构相同,也使用绕线式同步发电机。但由于它使用的是多极发电机,所以它不需要齿轮箱。Enercon和Lgaerwey是典型应用这种结构的风力机制造公司。
图2(g)所示结构有风力机直接驱动多级永磁同步发电机,省去了齿轮箱、电刷和滑环,提高了机组的运行可靠性,减少了维护费用。电力电子变换器可以使机组实现变速恒频运行。早期由于成本的原因只用于小型风力发电机,典型应用是作为船舶电源。近年来随着永磁体价格的降低这种结构被更广泛的应用,目前单机容量国内已经达到2 MW。ABB公司在2000年利用这种结构提出一个新的设想:用多极3.5 MW永磁发电机发出电能后经二极管整流器产生21 k V直流电,然后经高压直流输电并入电网。
从技术发展上看,风力发电经历了从定桨距到变桨距、从恒速恒频(CSCF)到变速恒频(VSCF)的技术升级。节距角就是桨叶半径R处回转平面与桨叶截面弦长之间的夹角。变桨距控制就是通过改变桨叶节距角来调节风力机功率,使得在额定风速以下控制风力机运行于特定转速使其风能转换效率保持最大直到功率达到额定值;在风速超过额定时降低转换效率保持额定功率直到切出风速,这是定桨距很难实现的。变速恒频发电是另一种新型的发电技术,尤其适合于风力发电。它适应了风能的随机、不稳定的特性,根据风速调节转速从而最大的输出能量,实现和电网的柔性连接,提高机组的风能转化效率,减少风力机的应力和磨损,优化了机组运行条件。20世纪90年代以来,国内外新建的大型风力发电系统大多采用变速恒频技术。随着风力发电技术的广泛应用,变速恒频风力发电方式将得到更多重视,应用范围不断扩大[5]。
变速恒频风力发电有多种机型,除了目前已经有较大市场份额的双馈风力发电机组和直驱永磁风力发电机组以外,还有无刷双馈、爪极式、和开关磁阻等风力发电系统。双馈式风力发电系统的变流器容量只是系统额定容量的30%左右,成本较低,因此也成为当前变速恒频风力发电系统的主流机型。直驱式变速恒频风力发电系统采用低速永磁同步发电机(PMSG0),取消了变速齿轮箱,不需要电刷,结构简单,便于维护,使用寿命长。与传统技术相比,输出功率可以增加20%以上,维护费用则可降低50%,这些足以抵消它采用全功率变换器所增加的成本;同时它具有可靠性更高,噪音更低等优点,因而代表着未来的发展方向[6]。
从2002年全球各类风力发电机的市场份额统计可以看出,在风力发电市场中,采用笼型感应电机的恒速风力发电机、采用双馈感应发电机的变速风力发电机和采用永磁同步发电机的直驱永磁同步风力发电机占有绝对的优势[7]。
随着新材料的应用、设计水平的提高以及控制系统的改进,风力发电的发展将会呈现出以下几个趋势[7]:
(1)单机容量不断增大,兆瓦级的大机组的比重会不断增长。在欧洲,5 MW的风力发电机组已经商业化,在国内,2 MW和1.5 MW的机组技术已经成熟,在总装机容量中的比重分别从2006年的1%和9%增长到2007年的2%和18%。
(2)变桨距调节方式将会逐步取代定桨距失速调节方式。变桨距调节能够按最佳参数运行,额定风速以下能最多的吸收风能,额定风速以上能输出恒定功率,避免发电机超负荷,并且可以改善整机受力状况。
(3)变速运行方式将会取代恒速运行方式。变速运行可以控制风机运行于最佳叶尖速比以获取最大风能,同时使功率输出更稳定。
(4)直驱式的市场份额会越来越大。直接驱动省去齿轮箱,减少能量损失、停机时间、发电成本和噪声,降低了维护费用,提高了风电转换效率和可靠性。
(5)海上风力发电将会得到更大的发展。海上风能较陆上大且具有稳定的主导风向,允许安装单机容量更大的风机。
(6)风力发电机无刷化。无刷化可提高系统的运行可靠性,实现免维护提高发电效率。
3 风力发电中的关键技术
3.1 并网技术的研究和最大风能的捕获
对直驱式永磁发电系统研究的内容主要有并网及并网后的发电机转速控制的研究、提高系统可靠性的控制的研究以及提高系统故障穿越能力的研究等几方面。这些研究几乎都是通过对全功率电力变换器的控制算法来实现相应的控制目的的。
并网控制方面,文献[8]提出了直流侧并网的新方法。在直流电容与DC/AC之间安装并网开关。并网前并网开关断开,DC/AC通过限流电阻对电容进行充电,此时发电机在风力机的带动下转速从0上升。当电容充电达到交流电网线电压幅值时闭合并网开关,同步风力发电机并网。正常情况下,发电机转速从低到高逐渐上升,并在某一转速下并入电网。当由于某种原因,发电机在高转速下脱网需要重新并网,由于此时电容已经充电且直流母线电压高于网侧交流线电压幅值,因此只要将并网开关闭合就可实现并网。
直驱式永磁同步风力发电机经电力电子变换器并入电网以后的控制目标是风速小于额定风速时实现最大风能捕获,风速超过额定风速时使系统以额定功率输出[9]。
最大风能捕获的目的就是通过适当的控制,使风力机转速随风速变化,始终沿着最佳功率曲线运行,从而使风能转化最大化。最大风能追踪可以有变桨距调节,也可以通过调节发电机功率来调节转速以保持最佳叶尖速比实现。出于可行性、经济性和可靠性的考虑,当前使用的主要是通过控制发电机输出功率以调节其电磁功率,进而调节发电机转速。
具体实现时,在发电机有功和无功功率解耦控制的基础上,根据有功功率给定的提取方法的不同,又有有速度传感器和无速度传感器的控制方法之分。有速度传感器的控制方法是根据风力机最佳功率曲线和风力机转速实时计算发电机输出功率给定。而无速度传感器的控制方法又有扰动法、参数估计法、查表法和人工在智能法几类。
文献[10-12]介绍了最大风能跟踪的扰动法,主要有爬山法、正弦波小扰动法和最佳转矩曲线法等。扰动法的基本原理是根据电机转速和直流电压之间的关系,先对直流电压的扰动,然后测量有功功率的变化,如果输出功率变化为正,则以扰动后位置为新工作点继续扰动,如果输出有功功率变化为负,则在原来工作点改变扰动,直到找到最佳工作点。根据改变扰动的策略又有2个思路,一个是功率变化为负时,改变扰动方向,如果向大向小2个方向的扰动都使得有功功率变化为负,则认为达到了最佳点;另一个叫变步长法,当有功功率变化为负时,不改变扰动方向,而是把扰动减半在原来工作点上再次扰动,直到功率变化小于一个很小的正数,认为达到最佳工作点。文献[13]用发电机电动势的积分得到磁通链,而这个磁通链包含有转子的位置信息,进而估计出转子转速。文献[14]根据直流电压和发电机转速的关系,通过测量直流电压,通过查表得到转速。然后据此计算逆变器的有功给定,实现最大风能追踪。文献[15]针对双PWM变换器研究了发电机的单位功率因数控制,通过增加约束方程的方法,解决了电机定子超过极限值而导致系统不稳定的问题。文献[16]使用神经网络的方法估算风速,在根据估算的风速计算发电机转速给定并据此控制最大风能追踪。
目前对减小直驱式风力发电系统变换器的直流环节电容,以提高系统的可靠性的研究比较少。文献[17]建立了在主从控制方式下应用功率平衡联合控制策略的双PWM控制模型,使得整流部分充分利用了逆变部分的信息,提高了直流母线电压的动态控制性,减少了对变换器中电解电容容量的要求,提高了系统的可靠性和性能;文献[18]对用于海浪发电永磁同步机的变换器做了类似研究,通过在整流器和逆变器之间加入功率反馈环,达到电容充放电电流减小的目的,使得在电容量一定时,直流电压范围变小,为逆变创造了更好的条件。
文献[19]对风力发电用大功率逆变器进行了研究,提出了一种新的电路拓扑;文献[20]则对大型风电场接入系统方式进行了比较;而文献[21]则从桨距角控制、发电机转速控制、电力变换器功率解耦控制等方面对直驱永磁同步发电机的控制策略进行了全面的研究,为进一步研究奠定了基础。
3.2 低电压穿越的研究
电网电压跌落时,由于受变流器通流能力的限制,网侧逆变器注入电网功率减小。而此刻机侧整流器的功率并没有改变,造成直流侧的过电压。如果维持直流侧电压稳定,则必然造成逆变器过电流。过电压和过电流都将导致电力电子器件的损坏,为了保护变流器不被损坏,风力发电机组将在电压跌落时退出运行。电网穿透率小时,风力发电机组在电压跌落时退出运行还是可以接受的。
然而,随着风力发电规模的不断扩大,若风电机组在电压跌落时仍然采取被动保护式脱网,则会增加整个系统的恢复难度,甚至使故障更加严重,最终导致系统其他机组全部解列。目前在风力发电技术发展领先的一些国家,如丹麦、德国等已相继制定了新的电网运行准则,定量给出了风电系统离网的条件(如最低电压跌落深度和跌落持续时间),只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力机脱网,当电压在凹陷部分时,发电机应提供无功功率。这就要求风电系统具有较强的低电压穿越能力,能方便地为电网提供无功支持。因此必须研究低电压穿越的措施,实现电网电压跌落时风力发电机不脱网运行。
文献[22]通过在逆变器交流侧加装无功补偿装置和低通滤波器来应对电网电压不对称跌落对系统所造成的影响,使逆变器只能感受到电网的正序电压,保持其对称工作状态,从而实现低电压穿越;文献[23-26]通过直流侧加卸荷负载以消除电压跌落时直流侧的功率拥堵,避免直流侧的过电压和逆变器的过电流,实现低电压穿越。这些方法都要增加专门的元件,降低了系统的可靠性和经济性,使控制变得复杂。
4 结束语
风力发电技术知识问答总 篇5
电力法的基本原则包括哪些内容？
答1电力事业应当根据国民经济和社会发展的需要，适当超前发展2国家鼓励国内外经济组织和个人依法投资开发电源，兴办电力生产企业，实行谁投资，谁受益的原则。3电力设施和电能受国家保护的原则。4电力建设和电力生产要依法保护环境防治公害。5国家鼓励和支持利用可再生资源和清洁能源发电。6电力企业依法实行自主经营，自负盈亏，并接受电力管理部门的监督。7国家帮助和扶持少数民族地区，边远地区和贫困地区发展电力事业。8国家鼓励采用先进的科学技术和管理方法发展电力事业。
什么叫污闪，哪些情况下容易发生污闪
答，瓷质绝缘表面由于环境污秽和潮湿而引起瓷表面沿面放电以致发生闪络的现象，通常称为污闪，一般在毛毛雨，大雾，雪淞等气候条件下容易发生污闪。
电力变压器的正常巡视检查项目有哪些
答，1声响，油位，温度是否正常，2气体继电器是否充满油，变压器外壳是否清洁，有无渗漏，防爆管是否完整，无裂缝。3套管是否清洁，无裂文，无打火放电现象，引线接头是否良好，有无过热现象。4冷却系统是否正常，吸湿器是否畅通，吸潮剂有无潮体。5负荷是否正常，有载调压装置的运行是否正常，分接开关的位置是否符合电压的要求。
电气绝缘材料在电工技术中有何作用
答，1，使导电体与其他部分相互隔离，2把不同电位的导体分隔开，3提供电容器储能的条件，4改善高压电场中的电位梯度。
试述补偿电容器采用星形，三角形连接各有什么优缺点。
答，1星形连接的补偿效果，仅为三角形连接的1/3，这是因为 1在三相系统中采用三角形连接法时，电容器所受的为线电压，可获得较大的补偿效果。2当彩星形接法时，电容器所受电压为相电压，其值为线电压的1比根号3，而无功出力与电容器电压平方成正比，即QC=U2C/XC故星形接线的无功出力将下降1/3。2星形连接时，当电容器发生单相短路，短路相电流为未短路两相电流的几何和，其值不会超过电容器额定电流的三倍，而三角形连接发生单相短路时，短路电流会超过电容器额定电流的很多倍，易引起事故的扩大。故从短路全方面考虑，采用星形接线比较合理。
试述电气设备接地的巡视内容
答，1电气设备接地线，接地网的连接有无松动，脱落现象，2接地线有无损伤，腐蚀，断股，固定螺栓是否松动，3人工接地体周围地面是否堆放或倾倒有易腐蚀性物质。3人工接地体周围地面是否堆放或倾倒有易腐蚀性物质，4移动电气设备每次使用前，应检查接地线是否良好；5地中埋设件是否被水冲刷，裸露地面，5接地电阻是否超过规定值。试述1000V以上电气设备的接地情况
答：凡电压在1000V以上的电气设备，在各种情况下，均应进行保护接地，而与变压器或发电机的中性点是否直接接地无关
试述液压油的分类及它们的基本情况
答，液压油分矿物油型，乳化型和合成型。矿物油型又分机械油，汽轮机油，通用液压油，液压导轨油和专用液压油。专用液压油有，耐磨液压油，低凝液压油，清净液压油和数控液压油。乳化型又分油包水乳化液和水包油乳化液。合成型又分磷酸酸基液压油和水一二元醇基液压油。
试述淮压系统中滤油器的各种可能安装位置
答，1淮压泵回油管路上，2系统压力管道上，3系统旁通油路上4系统回油管路上，5单独设立滤油器管路上。
流量阀的节流口为什么通常要采用薄壁孔而不采用细长小孔
答，1薄壁小孔的流量特性好，2薄壁小孔不容易堵塞，可以获得最小开充，故可以获得比细长小孔更小的稳定流量。3薄壁小孔的流量公式中不含黏度参数，流量受温度的影响小。试述直流电磁换向阀和交流电磁换向阀的特点
答，交流电磁换向阀用交流电磁铁，操作力较大，启动性能好，换向时间短，但换向冲机和噪声较大，当阀芯被卡阻时，线圈容易因电流增大而烧坏，换向可靠性差，允许的换向频率低。而直流电磁换向阀频率高，冲机小，寿命长，工作可靠但操作力小，换向时间长。
保谓液压系统的爬行现象，如何寻找产生爬行的原因
答，液压传动系统中，当液压刚或液压马达低速运行时，可能产生时断时续的运动现象，这种现象称为爬行。产生爬行的原因道德是和磨擦力特性有关，若静磨擦力与动摩擦力相等，摩擦力没有降落特性，就不易产生爬行，因此检查液压刚内密封件安装正确与否，对消除爬行是很重要的，爬行的产生与转动系统的刚度有关，当油中混入空气时，则油的有效体职弹性系数大大降低，系统刚度减小，就容易产生爬行，因此必须防止空气进行液压系统，并设法排出系统中的空气。另外，供油流量不稳定，油液变质或污染等也会引起爬行现象。
试述液压传动的工作原理
答液压传动的工作原理就是利用液体的压力传递运动和动力，先利用动力元件（液压泵）将原动机的机械能转换为液体的压力能，再利用执行元件液压刚将液体的压力能转换为机械能，驱动工作部件运动。液压系统工作时，还可利用各种控制元件如溢流阀和换向阀等对油液进行压力，流量和方向的控制与调节，以满足工作部件对压力，速度和方向上的要求。
与其他传动方式相比，液压传动有哪些优缺点
答，1传动平衡，易于频繁换向，2质量轻体积小，动作灵敏，3承载能力大；4调速范围大，易实现无级调速，5易于实现过载保护；6液压元件能够自动润滑，元件的使用寿命长，7简易实现各种复杂的动作。8简化机械结构9便于实现自动化控制，10便于实现系列化，标准化和通用化。缺点有：1液压元件制造精度要求高，2实现定比传动困难，3油液易受温度的影响，4不适宜远距离输送动力，5油液中混入空气容易影响工作性能，6油液容易被污染，7发生故障不容易检查与排除。
液压泵的分类和主要参数有哪些
答，液压泵，按其结构形式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵和螺杆泵；按泵的流量能否调节，分为定量泵和变量泵；按泵的输油方向能否改变，又分为单向泵和双向泵。液压泵的主要参数有压力和流量。
液压基本回路有哪几大类，它们各自的作用是什么
答，液压基本回路通常分为方向控制回路，压力控制回路和速度控制回路三大类。1方向控制回路其作用是利用换向阀控制执行元件的启动，停止，换向及锁紧等。2压力控制回路的作用是通过压力控制阀来完成系统的压力控制，实现调压，增压，减压，卸荷和顺序动作等，以满足执行元件在力或转矩及各种动作变化时对系统压力的要求。3速度在控制回路的作用是控制液压系统中执行元件的运动速度或速度切换。
什么是变浆距控制，它有哪些特点
答，变桨距控制主要是指通过改变翼型迎角，使翼型升力发生变化来进行输出功率的调节，变桨距控制风轮的特点如下，优点1启动性好，2刹车机构简单，叶片瞬浆及风轮转速可以逐渐下降；3额定点前的功率输出饱满；4额定点后的输出功率平滑，5风轮叶根随的静动载荷小，6叶宽小，叶片轻，机头质量比失速机组小。缺点1由于有叶片变距机构，轮毂较复杂，可靠性设计要求高，维护费用高。
齿轮箱常见故障有哪几种
答1齿轮损伤。2轮齿折断，断齿又分过载折断，疲劳折断以及随机断裂等。3齿面疲劳，4胶合，5轴承损伤，6断轴，7油温高等。
如何检查齿轮箱异常高温
答，首行要检查润滑油供应是否充分，特别是在各主要润滑点处，必须要有足够的油液润滑和冷却；再次要检查各传动零部件有无卡滞现象，还要检查机组的振动情况，前后连接接头是否松动等
风力发电机组的整体检查包括哪些内容
答，1检查法兰间隙，2检查风电机组防水，防尘，防沙暴，防腐蚀情况。3一年一次风电机组防雷系统检查，4一年一次风电机组接地电阻检查，5检查并测试系统的命令和功能是否正常，6检查电动吊车，7根据需要进行超速试验，飞车试验，正常停机试验，安全停机，事故停机试验。8检查风电机组内外环境卫生状况。
风力发电机组机械制动系统的检查包括哪些项目
答，1接线端子有无松动，2制动盘和制动块间隙，间隙不得超过厂家规定数值；3制动块磨损程度，4制动盘有无磨损和裂缝，是否松动，如埯更换按厂家规定标准执行。5液压系统各测压点压力是否正常；6液压连接软管和液压刚的泄露与磨损情况；7根据力矩表100%紧固机械制动器相应螺栓；8检查液压油位是否正常9按规定更新过滤器；10测量制动时间，并按规定进行调整。
哪些事故出现，风力发电机组应进行停机处理
答，1叶片处于不正常位置与正常运行状态不符时；2风电机组主要保护装置拒动或失灵时，3风电机组因雷机损坏时。4风电机组发生叶片断裂等严重机械故障时，5出现制动系统故障时。
如何处理风力发电机组故障性自动停机
答，对由故障引起的不定期自动停机，即操作手册规定外的停机，操作者在重新启动风电机组之前，应检查和分析引起停机产生的原因，对这类停机都应认真记录，应检查和分析引起停机产生的原因，对这类停机都应认真记录，而未造成临界安全损伤的外部故障，如电网无电后又恢复的情况，在完成停机检查程序后，允许其自动恢复到正常状态。
为什么风电场要进行运行分析
答，风电场进行运行分析主要是对风电设备的运行状况，安全运行，经济运行以及运行管理进行综合性或专题性分析，通过分析可以摸索出运行规律，找出设备的薄弱环节，有针对性地制定防止事故的措施。从而提高风电设备运行的技术管理水平和风电场的经济效益。
试述风力发电对环境的影响
答，1优点，风力发电利用的是可再生性的风能资源，属于绿色洁净能源，它的使用对大气环境不造成任何污染，从另一角度来看充分利用风力发电，也可降低矿物燃料的使用，从而减少污染物的排放量，相应地保留了矿物质第一次性能源。风力发电对场内的土地利用不受限制，未占的大面积土地仍可按计划继续留做他用。2缺点，视觉侵扰，噪声，电磁干扰及对微气候和生态影响都是风力发电的不足之处，便这些负面影响可以通过精心设计而减少。
风力发电机组的日常运行工作内容主要包括哪些
答，1通过中控室的监控计算机，监视机组的各项参数变弯及运行状态，并按规定认真填写风电场运行日志，当发现异常变化趋势时，应对该机组的运行状态实施连续监视，并根据实际情况采取相应的处理措施。2遇到常规故障，应及时通知维护人员，应根据当时的气象条件做相应的检查处理，并在风电场运行日志上做好相应的故障处理记录及质量验收记录。3对于非常规故障，应及时通知相关部门，并积极配合处理解决。
风力发电机组的巡视检查工作重点应是哪些机组
答，在风力发电机组巡检工作中，要根据设备近期的实际情况有针对性地重点检查，1故障处理后重新投运的机组，2启停频繁的机组，3负荷重，温度偏高的机组4带病运行的机组，5新投入运行的机组。
风力发电机组因液压故障停机后应如何检查处理
答，应检查，1油泵工作是否正常，2液压回路是否渗漏，3若油压异常，应检查液压泵电动机，液压管路，液压刚及有关阀体和压力开关等，必要是应进一步检查液压泵本体工作是否正常。4待故障排除后再恢复机组运行。
当风力发电机组在运行中发生主开关跳闸现象应如何检查处理
答，1目测检查主回路元件外观及电缆接头处有无异常，2在拉开台变侧开关后应当测量发电机主回路绝缘以及可控硅是否正常，若无异常可重新试送电，3借助就地临近机提供的有关故障信息进一步检查主开关动作的原因，若有必要应考虑检查就地监控机跳闸信号回路及主开关自动跳闸机构是否正常。4经检查处理并确认无误后，才允许重新启动风电机组。
当风力发电机组发生事故后，应如何处理
答，发事事故时，值班负责人应当组织人员采取有效措施，防止事故扩大并及时上报有关部门及人员，同时应保护事故现场，为事故调查提供便利，事故发生后，运行人员还
请阐述风的测量及自动测风系统的主要组成部分
答，风的测量包括风向和风速测量。风向测量是指测量风的走向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方向所移动的距离。自动测风系统主要由六部分组成。即传感器，主机，数据存储装置，电源，安全与保护装置。传感器分风速传感器，风向传感器，温度传感器，气压传感器，输出信息为频率或模拟信号。主机利用微处理器对传感器发送的信号进行采集，计算和存储，由数据记录装置，数据读取装置，微处理器，就地显示装置组成。
试述风力发电机组巡视检查的主要内容，重点和目的
答，风力发电机组巡视检查工作主要内容包括，机组在运行中有无异常声响。叶轮及运行的状态，偏航系统是否正常，塔架外表有无油迹污染等。巡视过程中要根据设备近期的实际情况有针对性地重点检查，1故障处理后重新投运的机组；2起停频繁的机组；3负荷重，温度偏高的机组，4带病运行的机组，5新投入运行的机组，若发现故障隐患，则应及时报告和处理，查明原因，从而达到避免事故发生，减少经济损失的目的，同时要做好相应的巡视检查记录进行备案
风力发电机组因异常情况需要立即停机应如何进行操作？ 答，操作顺序是，1，利用主控计算机遥控停机，2遥控停机无效时，则就地按正常停机按钮停机，3当正常按钮仍无效时，拉开几力发电机组主开关或连接此台机组的线路断路器，之后疏散现场人员做好秘要的安全措施，避免事故范围扩大。
试述风务发电机组手动启动和停机的操作方式有哪些
答，1，主控室操作。在主控室操作计算机启动键和停机键。2，就地操作，断开遥控操作开关，在风电机组的控制盘上，操作启动或停机按钮，操作后再合上遥控开关。3远程操作，在远程终端上操作启动键和停机键。4机舱上操作。在机舱的控制盘上操作启动键或停机键，但机舱上操作权限于调试时使用。
什么是图标，图标的主要内容包括哪些
答，图标又称标题栏，一般在图样的右下角，其内容主要包括，图名，图号，工程名称，设计单位，设计，制图，描图者，审批及批准者，以及比例，单位，日期等。
试述电气图的主要特点
答，电气图的特点主要有，1其主要表达形式是简图。2其主要表达内容是元件和连接线，3电气图中的元件都是按正常状态绘制的，5电气图往往与主体工程及其他配套工程的图有密切关联
电工测量仪表有哪几方面的作用
答，1反映电力装置的运行参数，监测电力装置回路的运行状况，2计量一次系统消耗的电能，3保证一次系统安全，可靠，优质和经济合理的运行。
为什么三相照明负载要采用三相四线制，假若中线断开时，将有什么问题出现
答，三相照明负载属于不对称负载，且它的额定电压均为相电压。采用三相四线制，有中线是为了各相负载电压对称，使其正常安全工作，若中线断开，则各相电压不对称，有的相电压低于额定值，不能正常工作，有的相电压则高于额定电压，将损坏负载。
在三相全控桥整流装置中，若改变电网电源进线程序，则可能会出现什么情况
答，电路工作不正常，直流输出电压波形不规则，不稳定，缺相，移相等，调节控制不能进行。
试述低压保护的种类及其基本概述。
答，低压保护一般分为；短路保护，过负荷保护和漏电保护（即触电保护，接地保护）三种，短路保护是由熔断器或自动开关中的电磁脱扣器来实现；过负荷保护一般是由热继电器，过流继电器或自动开关中的热脱扣器来实现，漏电保护一般是由漏电继电器或自动开关中的漏电脱扣器来实现。为什么在电力安全生产中一定要始终贯彻安全第一的方针
答，电力生产的特点是高度的自动化及产供，销同时进行，许多发电厂，输电线路，变电站和用电设备组成一个电网联合整体运营，这类生产本身就要求具备极高的可靠性，另外电能不能大量储存，所以电力生产安全的重要性远大于其他行业，2就电力企业在国民经济中所处的地位来说，它既为各行各业提供动力，又是一个广大人民群众所离不开的服务行业。它一旦发生事故，不仅是影响电业本身的职工人身安全和设备安全，而且还可能造成重大的社会影响，所以电力生产安全第一的方针不是暂决定的一项方针，而是由电力生产的客观规律所决定的。3从电力企业本身来说，生产不安全，就不可能做到满发，稳发，多供，少损和文明生产，就不能创造出好的经济效益，所以电力生产必须要始终贯彻安全第一的方针。
为什么要采用三相交流电，三相交流电是如何产生的
抗风力技术 篇6
随着风机技术的不断进步和日益成熟，海上风机已提上日程，但是同时也面临着不少需要解决的问题，防腐问题就是一个非常不好解决的问题，在潮湿多盐雾的海洋环境中，由于机舱相对于塔筒的回转以及风轮相对于机舱的旋转，无法实现密闭，舱内零部件非常容易产生锈蚀，从而导致铁质设备的实效和损坏。
二、应用创新方法解决问题过程
1.绘制矛盾模型图（略）
一般的风机，塔筒与机舱罩的回转直径约为3000mm，风轮与机舱罩之间的回转直径也约为2000mm，回转缝隙约为100mm。
2.导出矛盾
矛盾1：回转缝隙既要有，又要没有。
矛盾2：潮湿多盐雾空气既要进，又不能进。
可以理解为：机舱罩内需要干燥的空气，但进入的是潮湿盐雾空气。
3.矛盾的分析
矛盾1：时间分离：回转缝隙不希望有，但旋转时要有。
矛盾2：
时间分离：进入前为潮湿盐雾空气，进入后为干燥空气;
空间分离：机舱罩外为潮湿盐雾空气，机舱罩内为干燥空气。
三、解决方案：
1. 在缝隙处安装密封环;
2. 在机舱罩内使用风机微正压系统，把从机舱罩后部吸入的潮湿盐雾空气进行干燥和除盐处理之后通过鼓风机把干燥空气鼓到缝隙处，利用压差防止潮湿多盐雾空气进入机舱罩内。
四、采用方案：采用方案2.
五、实施方案
为了防止外界空气把带有盐分水汽带入机舱内，通过计算舱内的压力，可以在机舱罩上安装一套微正压装置来过滤空气中的盐分，将不含腐蚀性的空气吹入舱内，使机舱内部维持正压状态，阻止外界含盐分的空气进入舱内，最终实现保护机舱主要部件的作用。
六、效果
此方案在对陆上型风机改变不大的状态下便可实现海上的应用，可以节省新机型重新设计的问题，节约研发时间和研发费用。
由于国内海上风机处于起步阶段，国内行业竞争激烈，所以针对此方案的技术，特别是施工设计的技术需要严格保密，对外只能提及“海上风机发电机组微正压防腐技术”。 责编/刘红伟
风力发电技术及并网运行 篇7
风力发电机组是一种将风能转化为电能的能量转换装置,包括风力机和风力发电机两大部分,如图1所示。工作过程:空气流动的动能作用在风力机风轮上,推动风轮旋转起来,将空气动力能转变为风轮旋转机械能,风轮的轮固定在风力机轴上,通过传动系统驱动风力发电机轴及转子旋转,风力发电机将机械能转变成电能输送给负荷或电力系统。
2 风力发电的电能储存
独立运行的风力发电机组输出的是不稳定的交流电,必须用储能,才能为用户提供连续平稳的电能。但由于风能是随机性能源,有间歇性,并且是不能直接储存起来的,配备适当的蓄能装置是必要的。风力强时发电及蓄能;风力弱或无风时,蓄能装置释放能量并转换为电能。当前风力发电系统中的蓄能方式主要有蓄电池、飞轮、抽水、压缩空气、电解水制氢、超级电容器储能等几种。
3 风电的离网运行方式
3.1 直流供电
直流供电是小型风力发电机组独立供电的主要方式,它将风力发电机组发出的交流电整流,并采用储能装置存储剩余的电能,使输出的电能具有稳频、稳压的特性。小型风力发电机组的直流供电,主要用作照明、电视机和收音机等生活用电的电源,也可以用作电围栏等小型生产用电的电源。用电运营方式分为3种:一户一机的供电方式;直流线路供电,这种方式一般是一机多户,或者多机多户合用,其线路电损较多,所以,用户不宜相距太远;充电站式供电,这种情况下,风力发电站就是一个充电站,各户自备蓄电池到发电站充电,充电后取回自用。
3.2 交流供电
(1)交流直接供电。
(2)通过“交流-直流-交流”逆变器供电。先将风力发电机发出的交流电整流成直流,再用逆变器把直流电变换成电压和频率都很稳定的交流电输出,保证了用户对交流电的质量要求。
4 风力发电机组的并网运行
风力发电机组的并网运行,是将风力发电机组发出的电送入电网,通过电网把电供给电力用户使用,解决了风力发电的不连续、电压和频率不稳定及电能的储存等问题,并且输送给电网的电能质量是可靠的。风力发电机组采用两种方式向网上送电:将机组发出的交流电直接输入网上;将机组发出的交流电先整流成直流,然后再由逆变器变换成与电力系统同压、同频的交流电输入网上。无论采用哪种方式,要实现并网运行,都要求输入电网的交流电具备下列条件:电压的大小与电网电压相等;频率与电网频率相同;电压的相序与电网电压的相序一致;电压的相位与电网电压的相位相同;电压的波形与电网电压的波形相同。
电业部门规定发电量够一定规模(一般要求大于500k W)才能申请并网运行。可见,若想实现风力发电机组的并网运行,须统筹考虑设备容量大小、调整控制机构的精度、操作管理水平、发电成本与售电价格等因素。
恒速恒频并网运行方式即风力发电机组的转速不随风速的波动而变化,始终维持恒转速运转,从而输出恒定额定频率的交流电。这种方式目前已普遍采用,具有简单、可靠的优点,但是对风能的利用不充分。
4.1 同步风力发电机的并网运行
同步风力发电机与电网并联运行的电路如图2所示。除风力机、齿轮箱外,电气系统包括同步发电机、励磁调节器、断路器等,发电机通过断路器与电网相连。
4.1.1 并网方法
(1)准同步并网:不会产生冲击电流及电网电压的下降,风力发电机组和电网受到的冲击最小,也不会对发电机定子绕组及其他机械部件造成损坏;但是要求风力发电机组调速器调节转速,使发电机频率与电网频率的偏差达到容许值时方可并网,因此对调速器的要求较高。
(2)自同步并网:同步风力发电机在转子未加励磁,励磁绕组经限流电阻短路的情况下,由风力机拖动,待同步发电机转子转速升高到接近同步转速(80%~90%同步转速)时,将发电机投入电网,再立即投入励磁,靠定子与转子之间电磁力的作用,发电机自动牵入同步运行。
4.1.2 有功功率调节
风力发电机并入电网后,从风力机传入发电机的机械功率Pm除小部分补偿发电机的机械损耗qm、铁耗qFe和附加损耗qad外,大部分转化为电磁功率P'M,即
电磁功率减去定子绕组的铜损耗qCu1后就得到发电机输出的有功功率P:
对于一个并联在无穷大电网上的同步风力发电机,要增加它的输出点功率,就必须增加来自风力机的输入机械功率。随着输出功率的增大,当励磁不作调节时,电机的功角δ就必然增大。由同步发电机的功角特性可以得出,当δ=90°(凸极)时,输出功率达到最大值,称为失步功率。达到这个功率后,如果风力机输入的机械功率继续增加,则δ超过90°,电机输出功率下降,无法建立新的平衡,电机转速将连续上升而失去同步,同步发电机不再能稳定运行,所以这个最大功率又称为发电机的极限功率。避免出现失步的办法:设计出风轮转子及控制系统,使其具有快速桨距调节功能,能对风速的急剧变化迅速作出反应;短时间增加励磁电流,功率极限也随着增大,静态稳定度有所提高;选择具有较大过载倍数的电机,即发电机的最大功率比起它的额定功率来有一个较大的裕度。
4.1.3 无功功率调节
电网的总负载中,除了需要有功功率,有的负载还需要无功功率,如异步电动机和变压器等都需要电感性的无功功率。同步发电机与电网并联后,不仅能向电网发出有功功率,而且能向电网发出无功功率,这是它的一个很大的优点。在风力机功率不变时,调节励磁电流,可以改变发电机的无功功率。
4.1.4 并网运行特点
(1)并网过程通常可以使用计算机自动检测、操作,对风力发电机的调速装置要求较高,成本较贵。
(2)并网时能使瞬态电流减至最小,从而让风力发电机组和电网受到的电流冲击也最小。
(3)当风力发电机组功率保持不变时,通过调节励磁电流,不仅能向电网发出有功功率,而且能向电网发出无功功率,有助于提高电网的供电能力。
(4)对并网时刻控制要求精确,若控制不当,则有可能产生较大的冲击电流,以致并网失败。
4.2 感应风力发电机的并网运行
感应风力发电机(也称异步风力发电机)是指感应电机处于发电的工作状态,感应发电机在并网运行时,一方面向电网输出有功功率,另一方面又必须从电网吸收落后的无功功率。感应发电机的激励方式有电网电源励磁发电(他励)和并联电容自励发电(自励)两种。
4.2.1 并网方式
感应发电机可以直接并入电网,也可以通过晶闸管调压装置与电网连接。感应发电机的并网条件:转子转向应与定子旋转磁场转向一致,即感应发电机的相序和电网相序相同;尽可能在发电机转速接近同步转速时并网(这样冲击电流才能快速衰减)。
(1)直接并网。直接并网法只适用于感应发电机容量在百千瓦级以下。
(2)降压并网。降压并网法适用于百千瓦级以下、容量较大的机组。
(3)通过晶闸管软并网。对于较大型的风力发电机组,目前比较先进的并网方法是采用双向晶闸管控制的软并网法,如图3所示。
这种并网方法是在感应发电机定子与电网之间每相串入一只双向晶闸管连接起来,三相均有晶闸管控制,双向晶闸管的两端与并网自动开关的动合触头并联。接入双向晶闸管的目的是通过控制晶闸管的导通角,将发电机并网瞬间的冲击电流值限制在规定的范围内(一般为1.5倍额定电流以下),从而得到一个平滑的并网暂态过程。在发电机并网后,应立即在发电机端并入补偿电容,将发电机的功率因数提高到0.95以上。
4.2.2 并网运行时的功率输出
感应发电机并网运行时,它向电网送出的电流大小及功率因数,取决于转差率s及电机的参数,前者与感应发电机负载的大小有关,后者是给定的数值,因此这些量都不能加以控制和调节。并网后电机运行在其转矩-转速曲线的稳定区。对于小容量电网应该配备可靠的过电压和欠电压保护装置,并选用过载能力强的发电机。
4.2.3 无功功率及其补偿
感应发电机需要落后的无功功率主要是为了励磁,另外也为了供应定子和转子漏磁所消耗的无功功率,感应发电机总共所需的无功功率应大于发电机容量的20%~25%。
接在电网上的负载,一般来说,其功率因数都是落后的,而接在电网上的感应发电机也需从电网吸收落后的无功功率,这无疑加重了电网上其他同步发电机提供无功功率的负担,造成不利的影响。所以对配置感应发电机的风力发电机,通常要采用电容器进行适当的无功补偿。
4.2.4 并网运行的特点
(1)感应发电机的启动、并网很方便,且便于自动控制,价格低,运行可靠,维修便利,运行效率较高。
(2)并网过程比较简单,感应发电机并网时自身不产生电压,但是合闸瞬间会流过额定电流值5~6倍的冲击电流,一般零点几秒后才转入稳态。
(3)目前在较大型的风力发电机组中,常采用双向晶闸管软并网,需要采用电容器进行适当的无功补偿。
5 风力发电技术未来发展趋势
(1)更大的容量,更大的直径。
(2)离岸技术直径大,末梢速度高。
(3)直接驱动大电机技术。
(4)桨叶设计制造技术发展(材料、长度、可变桨叶)。
(5)降低机组重量(结构紧凑型驱动链、轻型叶片、结构紧凑型齿轮箱)。
(6)优化滑差技术。
参考文献
[1]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社,2002
[2]姚兴佳,宋俊,等.风力发电机组原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2009
[3]雷亚洲.与风电并网相关的研究课题[J].电力系统自动化,2003,27(8):84-89
[4]陈海焱,陈金福,段献忠.含风电机组的配网无功优化[J].中国电机工程学报,2008,28(7):40-45
[5]伊雪峰,姚兴佳.风电成本及影响因素分析[J].农村能源,1996,(1):30-32
对风力发电技术的思考 篇8
1 风力发电的优势
随着国民经济的进一步发展, 电力的需求与目前的供应有较大的缺口, 再生能源中的风力发电是当前现实的选择, 其优势主要体现在:1) 风能是是可再生能源, 风力发电就是用风来发电, 不消耗像煤、石油或天然气之类的资源。2) 风电场的建设周期短。例如, 一个十万千瓦级的风电场建设期可以在一年内建成。当按照有关的软件、或经验、或调查研究选定风电场的地址后, 定好设备, 修好路, 就可安装风力发电设备, 这种建电厂的速度是其他电厂所不能相比的。3) 风电场的运行可以无人值守, 维护简单。随着计算机技术的发展和风力发电机的不断革新, 风力发电机的自动化程度越来越高, 实现了远程控制。4) 造价低。从国外建设风电场积累的数据看, 建造风力发电场的费用比建造水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低。5) 占用土地少。风电场可以建在荒岛上, 沙漠中, 甚至建在沿海的浅海中, 能减少对耕地的占用。即使是建在可耕地上, 只要设计合理, 也不影响耕作。6) 不污染环境。使用风力发电, 不会产生任何的废气或废物, 对人类以及环境都不致造成任何的损害。一台600k W的风机, 每年减少其它石化能源发电排放的1200吨的二氧化碳。
目前, 利用风力发电已成为风能利用的主要形式, 受到世界各国的高度重视。随着国家发展规划与相关激励政策的不断出台, 我国风电产业必将进入一个崭新的大规模高速发展阶段。
2 我国风力发电技术发展思考
近年来随着可持续发展的需要、技术的进步、环境保护意识的增强以及有关政策的制定, 风力发电技术有了长足的进步。当前, 特大型风机设计仍以丹麦型为主导, 制造材料也更加多样化, 工艺水平也不断提高, 设计思想也不断推陈出新, 预计在以下几个方面会有大的突破。
2.1 风轮叶片设计与制造技术
风轮叶片是风力机的主要动力部件, 叶片设计与制造技术涉及叶片材料、叶片结构与气动性能。传统的叶片大多采用玻璃钢制造, 主要考虑玻璃钢的重量轻、比强度和比刚度高、耐腐蚀、易成型、抗疲劳性能好等优点。现在大型风力机的发展趋势是采用高强度轻质大容量叶片, 主流机组已普遍采用玻璃纤维增强复合材料, 优点是可根据风力机叶片的受力特点设计强度与刚度, 翼型容易成型, 可达到最大气动效率。对更大的5~10MW风力机来说, 由于强度与刚度要求更高、自重更大, 叶片设计适宜采用价格昂贵的碳纤维材料。上述材料均为热固性树脂, 目前推出的热塑性树脂即所谓“绿色叶片”, 具有可回收利用等一系列优点, 解决了环保问题, 符合现代工业绿色设计要求。据报道, 美国研发一种新型风力涡轮机, 利用一个遮蔽物包围其风力机叶片, 引导空气通过叶片并给空气加速, 产生的能量与2倍直径的传统风力机能量相当, 可将风能变成电能的成本节省一半。风轮叶片翼型性能影响着风力机风能转换的效率, 传统的低速风轮叶片采用薄而略凹的翼型, 现代高速风轮都采用流线型叶片。
最近, 国际上还推出“未来叶片的概念”, 要求更可靠、更耐久地捕获更多的风能, 采用了智能材料和结构实现叶片智能化。比如在叶片上埋入光导纤维系统, 采用结构健康监控技术诊断结构完整性和雷击情况等, 以此提高可靠性并降低风电成本。再比如将复合材料气动弹性剪裁技术应用于叶片设计上, 利用复合材料的非对称、非均衡铺层产生的偶合效应, 实现对叶片有利的变形, 增加气动效率。
2.2 传动机构设计与制造技术
风力机传动机构包括齿轮机构、轴承、润滑系统、状态监测系统等。统计数据表明, 风电机组齿轮箱故障约50%与轴承选型、制造、润滑和工作状态有关。目前, 国内兆瓦级以上机组的核心部件如电机、齿轮箱、叶片、电控设备和偏航系统等仍然依靠进口, 对基础配件齿轮箱轴承、偏航轴承、变桨轴承及主轴轴承等研究不够。齿轮箱作为风电机组的重要组成部分, 其振动形态直接影响风力机的运行性能, 状态检测极为重要, 目前国内还处于探索阶段。
2.3 磁悬浮技术
目前, 国内外有多个关于磁悬浮技术应用于风力机的专利技术报道, 特点是降低轴承摩擦阻力, 提高了风电效率与使用寿命。磁悬浮风电机组可在微风下运行, 工作风速为1.5~36.9 m/s, 即1~12级风, 风轮转动抗湍流能力强。总之, 对于风力发电, 磁悬浮技术展示了一个全新的发展方向。
2.4 海上风电场技术
由于海上风电场技术逐渐成熟, 全球海上风电装机容量已经超过1GM, 促进了单机容量的特大型兆瓦级风力机的研发。而且海上风速大且稳定, 年平均利用小时可达3000h以上, 年发电量可比陆上高出50%。21世纪是世界风电产业由陆地转向海洋的世纪。中国东部沿海水深2~15 m的海域面积辽阔, 可利用的风能资源约是陆上的3倍, 而且距离电力负荷中心也很近。可见, 随着海上风电场技术的发展成熟, 必然成为未来的可持续能源。
3 展望
随着科技的进步, 人类对风能的认识不断深化, 风力发电具有极大的潜力, 可部分满足剧增的全球能源需求。并且风电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电品种, 正逐渐受到世界各国的重视。我国的风力发电技术经过几个五年计划的科技攻关, 在风电机组整机及零部件制造技术、风电接入系统仿真技术、风电场选择及建设技术等方面都取得了长足的进步。同时, 我国已开始发展近海风能资源的近海风电机组和风电场技术。可以预测, 随着风电产业和技术的快速发展, 风力发电将成为我国可再生能源中极具规模化开发条件和商业化发展前景的一种新能源, 是成本最低的温室气体减排方案之一。总而言之, 风力发电在我国有着广阔的发展前景, 风能的利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整及对减少进口能源的依赖等方面做出巨大贡献。
摘要：随着能源供应的渐趋紧张, 以及环保问题的日益突出, 可再生能源越来越被重视。风力发电作为一种清洁的可再生能源, 同时又是新能源发电技术中最成熟和最具规模开发条件的发电方式之一, 因此在世界各地得到迅速发展。本文在结合风力发电的优势的基础上, 对我国风力发电技术的发展进行思考, 并展望风力发电技术。
关键词：风力发电技术,优势,展望
参考文献
[1]包耳.风力发电技术的发展现状[J].可再生能源, 2004.
[2]张胜利, 席德科, 陆森林等.我国风力发电技术的现状及与国外的差距[A].低碳陕西学术研讨会论文集, 2010.
[3]刘细平, 于仲安, 梁建伟.风力发电技术研究及发展[J].微电机, 2007.
简述风力发电机舱罩制造技术 篇9
关键词：玻璃钢,机舱罩,新能源
1 背景介绍
来自世界权威机构的统计：石油、天然气、煤炭等储量的开采年限分别仅有41、61.9、230。日益萎缩的燃料能源使得新能源的发展前景喜人，而新能源的清洁、环保和可再生的突出特点使得其利用与发展在全球经济的发展大局中不断升温。
从目前新能源的资源状况和技术发展水平来看，水能、风能、生物能和太阳能已经成为发展重点。其中，风电技术已基本成熟，开发成本接近常规能源，未来将会继续保持较快的发展速度。
风力发电是人类取之不尽用之不竭的自然资源，利用风力发电可减少环境污染、节省煤炭及石油等天然能源。随着风力发电技术的日趋成熟，可再生能源的利用已成为人们关注的焦点，因此有着广阔的发展前景。
2 原材料以及性能介绍
机舱罩主要采用玻璃钢进行制作。玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。
玻璃钢复合材料的特点：
1)轻质高强。相对密度在1.5～2.0g/cm3之间，只有碳钢的1/4～1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以和高级合金钢相比。2)耐腐蚀性能好。玻璃钢是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。3)可设计性好。可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，也可以充分选择材料来满足产品的性能。4)工艺性能优良。以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。5)可采用夹层结构优化刚度。夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料，采用夹层构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量、增加基体刚度。根据所用的芯材种类和形式的不同，分为泡沫塑料夹层结构、蜂窝夹层结构、塑料蜂窝结构夹层结构。
3 产品生产要点
1)根据设计所需力学性能数据选用合理的基体材料和增强材料。
现在所采用的机舱罩性能指标：
2)因该产品使用周期长、环境恶劣，选用的产品胶衣应具备耐老化性能。3)根据产品的厚度进行铺层设计，以此确定合理的生产工艺。4)增强材料的铺覆和搭接应严格进行控制。5)对产品后续补强和检修部件尺寸进行控制，避免影响装机过程中相关配合的干涉。6)对拼装合模过程中尺寸进行控制，以保证生产产品的通用性。7)严格按产品制作工艺进行操作。8)外观质量。机舱罩对玻璃钢壳体的要求较高。要求表面光滑、色泽均匀、无裂纹。表面上气泡直径不大于3～5mm，并且每平方米内不得超过3个;不允许有直径大于5mm的气泡出现，而所有的气泡在产品出厂前都应进行修补。玻璃钢模具表面要求达到镜面光洁度。9)翻制壳体构件的玻璃钢模具，必须保证尺寸精度，其误差应在设计公差允许范围内。10)壳体翻边是壳体构件的连接法兰，必须相互平行，为此在设计模具时，不仅要保证尺寸精确，而且要预先估计到变形的可能性。为了避免应力集中，法兰翻边和厚度不能偏差太大，也不允许发生树脂聚脂现象。11)对于有防火要求的机舱罩，必须采用阻燃树脂。12)对于有保温降噪要求的机舱罩，必须在机舱罩内部粘贴具有阻燃特性的隔音棉。
4 产品生产检验
在机舱罩产品及其附属配件生产过程中对产品的外观，增强层的铺覆层数和分次固化次数严格控制。由于产品体积大，外形复杂糊制产品不能一次成型，主要考虑工艺的可行性，做必要的试验得到数据给出合理的工艺。在糊制过层中，为保证产品质量，需提前对所用原材料(包括胶衣、树脂等)做凝胶试验，以便更合理确定生产工艺。
机舱罩产品体积大，所需的附属配件多。复杂型号机舱罩配件多达几十件，只有达到将上述所有部件完整地组合成一个有机的整体，才能够交付用户方使用。那么，首先要制作相关的总装以保证产品孔位既符合图纸尺寸的要求，同时又能提高生产效率。机舱罩产品总装是检验产品效果非常重要的一环，只有组装后的产品尺寸全部符合设计要求，机舱罩才能同风力发电机组完美地配合。组装前先对产品的组装次序进行合理地安排，尽可能地将一些小件安装在一起后形成准大件，让准大件与准大件之间再进行装配，对装配的场地和装配所需高度进行合理地规划，配好相关的吊运器材以及装配过程中所需的相关工具，对组装工人进行重点部位的讲解培训，使其在组装前对所组装产品的连接先后和相关配合方式了解，同时使里面的电线配管保证畅通，以及检修平台的组装。
在目前风力发电市场日益扩大并且产品竞争激烈的环境下，只有高质量的产品才能生存，加上机舱罩产品本身形体大，工序多，部件复杂，配合尺寸多，公差小。这就要求检验需全程跟踪，不论是从模具的设计制作，还是原材料的进货检验，都必须严格控制。首先编制合理的检验流程，对关键工位进行关键点的控制，编制并填写相关的检验记录单和转序卡。根据这些情况，并对各个环节设置专门的质检员，对每个关键工序进行过程监督检验，配合中的关键尺寸设计检验记录表，这样就对产品的批量化生产提供保证。
5 存在的问题
虽然玻璃钢在机舱罩制造过程中得到了极大应用，但还有几个问题制约着其发展：
5.1 玻璃钢制品最大的特点是刚度不足
如何能有效的控制大型制品的变形量并加以量化，是提高产品质量的一个难点。
5.2 技术装备水平低
现在机舱罩的生产多为手工糊制，技术装备水平低、机械化出产程度落后，生产效率低。
5.3 机舱罩的回收
玻璃钢产品虽然有很多优点，回收后只能采用焚烧或者粉碎，没有回收利用的良好方法。达到使用寿命后，回收对环境造成危害，制约着玻璃钢产品的发展。
6 结论
风力发电技术现状及发展趋势 篇10
近些年来, 作者在对风力发电技术调查的过程中发现, 单机容量小, 浪费大量的建设资源、陆地风力发电建设过于集中、风力发电技术的实施经济性不足等是当前风力发电技术主要存在的问题, 对此在未来的发展中必须对风力发电技术的发展进行准确的定位。
1 风力发电技术现状分析
1.1 单机容量小, 浪费大量的建设资源
众所周知, 风力是电力发电的重要组成部分, 其发电效率直接影响到发电行业的发展, 因此, 风力发电技术应结合市场的发展趋势以及人们的用电需求等进行及时的改进[1]。然而, 就现阶段风力发电技术来看, 在人们生活水平不断提高的情况下, 人们对生活用电的需求也在不断的增加, 风力发电作为发电技术的重要组成部分, 为了满足人们的用电需求, 很多地区会增设多个风力发电机组, 而在这种情况下就会造成大量的资源浪费, 尤其是土地资源的浪费, 将会造成国家土地资源吃紧的问题, 影响到风力发电的可持续发展。
1.2 陆地风力发电建设过于集中
随着人们生活水平的不断提升, 用电量以及用电负荷在不断增加, 也将给发电行业带来一定的负担, 为了满足人们用电需求, 在陆地建设了更多的风力发电厂, 其中也有很多风力发电厂是建立在城市周边的, 而受到城市建筑的影响, 这些风力发电厂的发展也将受到极大的影响, 从而制约了风力发电厂的发展[2]。另外, 风力发电厂在建设中选址的不合理, 也影响到风力发电行业的稳步发展。
1.3 风力发电技术的经济性不足
对于风力发电技术来说, 主要走的是节能路线, 而从风力发电技术的实际运行调查中发现, 风力发电技术在实施的过程中, 缺乏一定的经济性, 会增加风力发电技术的实施成本, 从而影响到风力发电技术的实施效果, 也将违背风力发电技术实施的本质, 不利于风力发电技术的可持续发展。
2 风力发电技术未来的发展趋势
2.1 单机大容量
通过以上的分析了解到, 当前风力发电技术在实施的过程中, 由于会占用一定的土地, 将会造成国家土地的紧张, 因此, 为了避免这类问题的继续发展, 作者认为风力发电技术应向着单机大容量的方向发展。所谓单机大容量, 就是增加一组发电机的容量, 结合地区的实际用电情况适当的增加容量, 当然, 要确保所增加的容量在风力发电机所能接受的范围内, 这样就可以避免建设多个发电机组而浪费国家土地和资源的问题, 当然, 有很多地区在用电量上有着很高的要求, 而在这种情况下, 相关部门则必须对风力发电技术进行改革和创新, 不断的加强对发电机组的研究, 才能设计出满足地区发展的大容量单机发电组, 这也是未来风力发电技术的发展趋势。
2.2 应向着海洋转移
风力发电需要依靠取之不尽用之不竭的风能源, 因此应选择风力较大的地区, 结合以上的分析发现, 很多风力发电站都建立在城市的周边, 风力和风量都将会受到城市建筑的影响而无法满足风力发电的要求, 从而会影响到风力发电机组的运行效率, 针对这种情况, 作者认为在未来风力发电技术发展的过程中, 应向着海洋方向转移。相关部门必须重视风力发电技术的研发, 相对于陆地来说, 海上的风力资源更加丰富, 而且, 在海上建设风力发电厂可以避免占用大量的土地资源, 有效的解决了因风力发电机组过多而造成土地资源大量占用的问题, 更有利于风力发电技术的可持续发展, 同时也满足了社会的发展需求, 给人们生产更多的电力能源[3]。另外, 通过将风力发电技术转移到海洋上之后, 对提升风力能源的使用率也有着极大的作用, 将更多的风力能源转换成为电能, 对促进能源行业的飞速发展也有着极大的作用。
2.3 向着经济性的方向发展
风力发电技术的发展是将风力能源转换为电力能源, 从某个角度角度来讲是为了更好的做到经济节能, 因此, 风力发电技术应向着经济性的方向发展, 这样才能符合风力发电技术的发展趋势。首先, 应加强对发电设备的改进和创新, 发电设备是风力发电实施的重要组成部分, 更是提升风力发电效率的关键, 因此, 在风力发电技术未来的发展中, 应重视对风力发电设备的改进和创新。其次, 在风力发电厂建设的过程中, 应走经济型的道路, 不断的对风力发电厂的建设方案进行优化, 做到因地制宜, 而且, 风力发电主要目的就是为了节能, 因此, 风力发电技术的研发以及风力发电厂在建设的过程中必须结合地方的经济发展情况, 切实有效地走经济发展路线。
3 总结
综上所述, 随着社会经济的飞速发展, 人们用电量以及用电负荷在不断增加, 电能的开发也逐渐受到重视, 风力发电技术是电力发展的重要组成部分, 主要是通过相关的机械设备以及技术等来将风能转换为电能, 从而实现为人们供电, 对推动电能源行业的可持续发展有着极大的作用, 而且, 在科学技术发展的过程中应加强对风力发电技术的改进和创新, 这样才能满足当前社会的发展需求。
摘要：近些年来, 风力发电技术的发展极为迅速, 而且, 风力发电技术具有节能环保的优点, 是未来发电行业发展中必须要重视的技术, 因此, 作者认为风力发电技术应及时进行改进和更新, 才能满足市场的发展需求。
关键词：风力发电,技术现状,发展趋势
参考文献
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风力发电机的技术现状和发展前景 篇11
关键词：风力发电机 技术 现状 前景
中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0077-01
我国在1995年颁布的《中华人民共和国电力法》和2006年颁布的《可再生能源法》中均明确提出国家鼓励和支持利用可再生能源发电，这为风力发电的发展构建了一个比较完备的法律系统框架。尤其是自2006年以来，我国并接入网的风电量以85%的年均增长率逐步攀升，2012年6月我国一举取代美国成为世界第一的风电大国，国家电网已成为全球风电接入规模最大的电网。随后，国家能源局于2012年7月又发布了《风电发展“十二五”规划》，提出我国到2015年风电并网装机要达到1亿 KW、2020年风电并网装机要达到2亿 KW的目标。可预见的是，在常规能源越来越紧缺，污染越来越严重，而能源需求却越来越大的严峻背景下，如何加快实现节能减排目标、转变经济发展方式以及转变对传统能源的依赖，已经成为我国未来能源发展的主要基调。现有的可再生能源技术中，风力发电技术又最为成熟，我国幅员辽阔，风电产业的发展具备得天独厚的条件，因此对风力发电中的关键技术-风力发电机技术的现状及展望的研究就变得尤为重要。
1 技术现状
风力发电机是风电系统中实现风能转换为电能的核心部件，风力发电系统主要由风轮、齿轮箱、发电机、功率变换器、变压器等部分构成。风力发电机在发展初期均采用小容量直流发电机，随着风电机组向大型化方向发展，交流发电机已成为当今风力发电机的主要形式，如表1所示。
随着风力发电技术的发展，风力发电机由早期的直流发电机、笼型异步发电机等演变为当前的双馈异步发电机和低速直驱永磁同步发电机等。同时，风力发电机自身技术水平的提高，又有力地促进了风力发电整体技术的进步。例如，双馈异步发电机及其控制技术的成熟，使变速恒频风力发电得以实现，成为当前风力发电系统的主流。
若根据风力发电机的运行特征为标准，风力发电机又可分为恒速风力发电机（Fixed speed generator）、有限变速风力发电机（Limited variable speed generator）和变速风力发电机（Variable speed generator）。
2 技术发展前景
目前，国际上大型风力发电机组正朝着增大单机容量、减轻每单位容量的自重、提高转换效率的方向发展。除了前述的各种发电机，各国研究人员从提高风力发电机组的效率和可靠性、降低大型发电机的制造难度等角度出发，还提出了其他一些具有商业化潜力的风力发电机。
以异步发电机为主流的发电机因其结构简单、坚固耐用、价格便宜等优点，被作为电动机广泛使用，但其由于自身运行范围窄、功率因数较低等缺点，发展空间有限；变速恒频风力发电系统中的核心器件为双馈异步风力发电机，该系统采用齿轮箱和双馈异步风力发电机相结合的形式，但是齿轮箱的性能优劣制约着整个发电系统的效率和安全，双馈异步发电机需要使用电刷和滑环，这降低了系统的可靠性，也增加了制造和维护成本。
针对上述缺点，国外学者提出了永磁异步电机的概念，采用多极永磁同步发电机的直驱型变速恒频风力发电系统省去了增速齿轮箱，避免了齿轮箱性能优劣对整个系统的制约，在实际运行中提高了功率因数和发电效率，降低了维护成本，永磁异步电机具备广阔的发展前景；另外，近年提出的无刷双馈电机由于兼具了直驱式永磁同步发电机和双馈异步风力发电机二者的优点，在实际应用中越来越受到关注，顾名思义，无刷双馈电机由于没有电刷和滑环，使得其可特别有利地用作为风力涡轮发电机，这可以极大地避免在广泛使用的双馈感应发电机中由于电刷与滑环的问题所带来的主要故障模式，提高了系统的安全性和可靠性，研究表明无刷双馈电机和双阶齿轮箱的组合具有优异的可靠性且保持较低成本；例如双凸极永磁电机（DSPM电机）、磁通切换永磁电机（FSPM电机）、定子内永磁电机（SIPM电机）等，其均保留了开关磁阻电机定转子均为凸极、转子既无绕组也无永磁体等结构简单、坚固、可靠性高的优点，又同时具备效率高、功率密度高、功率因数高等优点，在变速恒频风力发电系统中应用前景广阔。
风能是一种清洁的可再生能源，风力发电已经成为世界各国重点发展的能源之一，随此而来的是风力发电机的制造业也成为新兴的制造产业，势必促进风力风电上下游产业的发展，也势必促进风力发电机控制技术的更快发展。风力发电机与风力发电系统互为因果，共同发展，相互促进。近年来风力发电系统的容量不断增大，风能领域新技术的快速发展，有力地促进了风力发电机的设计、制造、控制以及运行维护水平的提高，各种新型化的风力发电机及其控制系统不断涌现，为实际应用提供了多种选择。
3 结语
风力发电机的设计制造与诸多行业密切相关，风力发电机作为风力发电领域的关键技术点，进行探索非常必要。本文综述了国内外风力发电机的发展概况，简要介绍了风力发电机最新研究进展，但是风电技术的发展还存在着一定的问题，希望我们早日能够攻克难关，为新能源的开发利用奠定重要的基础。
（注：第二作者熊跃所做的贡献与第一作者相同，但限于版面设计，被列为第二作者）
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我国风力发电现状及其技术发展 篇12
1 我国风力发电的现状
2005年2月, 我国国家立法机关通过了《可再生能源法》, 明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源, 确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。2009年12月, 我国政府向世界承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%, 把应对气和变化纳入经济社会发展规划, 大力发展包括风电在内的可再生能源与核能, 争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台, 风电产业迅猛发展, 有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。
我国自上世纪80年代中期引进55k W容量等级的风电机投入商业化运行开始, 经过二十几年的发展, 我国的风电市场已经获得了长足的发展。到2009年底, 我国风电总装机容量达到2601万k W, 位居世界第二, 2009年新增装机容量1300万k W, 占世界新增装机容量的36%, 居世界首位[1,2]。可以看出, 我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段, 预计2010年我国累计装机容量有望突破4000万k W。
从技术发展上来说, 我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线, 以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及, 标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时, 我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高, 国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能已能基本满足国内风电发展需求, 但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此, 我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新, 加强风电核心技术攻关, 尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。
2 风力发电的技术发展
风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域, 研究难点和热点主要集中在风电机组大型化、风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。
2.1 风力发电机组机型及容量的发展
现代风力发电技术面临的挑战及发展趋势主要在于如何进一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作为提高风能利用率和发电效率的有效途径, 风力发电机单机容量不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55k W容量等级的风电机组投入商业化运行开始, 至1990年达到250k W, 1997年突破1MW, 1999年即达到2MW。进入21世纪, 兆瓦级风力机逐渐成为国际风电市场上的主流产品。2004年德国Repower即研制出第一台5MW风电机, Enercon开发出第二代直驱式6WM风电机, 预计2013年单机容量将突破15MW[1,3]。从世界范围来看, 1.5MW-2MW的机型占世界机组容量的比例, 已从2007年的63.7%飞速上升到80.4%;而在我国, 2005年风电场新安装的兆瓦级风电机组占当年新装机容量的21.5%, 而2009年比例已经上升到86.86%[4]。这表明容量风电机组已经成为我国风电市场上的主流产品。
2.2 风力发电机组控制技术的发展
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术[5,6], 这是因为:
1) 自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性, 这样风力机所获得的风能也是随机和不可控的。
2) 为使风能利用率更高, 大型风力发电机组的叶片直径大约在60m~100m之间, 因此风轮具有较大的转动惯量。
3) 自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用。
4) 风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣, 在海岛和边远的地区甚至海上, 人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
因此, 众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统, 这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域, 并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展, 控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展, 甚至向智能型控制发展。
定桨距型风力机指桨叶与轮毂的连接是固定的, 即桨距角固定不变, 当风速变化时, 桨叶的迎风角度固定不变。失速型是当风速高于额定风速, 利用桨叶翼型本身所具有的失速特性, 即气流的攻角增大到失速条件, 使桨叶的表面产生涡流, 将发电机的功率输出限制在一定范围内。失速调节型的优点是简单可靠, 当风速变化引起输出功率变化时, 只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不做任何控制, 使控制系统大为简化。其缺点是叶片重量大, 桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大, 机组的整体效率较低, 也使得这些关键部件更容易疲劳磨损。
变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统, 其转速不受发电机输出功率的限制, 而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。与恒速风电机组相比, 它的优越性在于:低风速时能够跟踪风速变化, 在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能;高风速时利用风轮转速的变化调节风力机桨距角, 在保证风电机组安全稳定运行的同时, 使输出功率更加平稳。变速恒频风力发电机组通过励磁控制和变桨距调节来实现最佳运行状态。变桨距是根据风速和发电机转速来调整叶片桨距角, 从而控制发电机输出功率, 由传动齿轮箱、伺服电机和驱动控制单元组成。随着风电控制技术的发展, 当输出功率小于额定功率状态时, 变桨距风力发电机组采用Optiti P技术, 即根据风速的大小, 调整发电机转差率, 使其尽量运行在最佳叶尖速比, 以得到理想的输出功率。变桨距风力发电机组的优点是:输出功率平稳, 在额定点具有较高的风能利用系数, 具有更好的起动性能与制动性能, 能够确保高风速段的额定功率。
2.3 风力发电机组控制策略的发展
风能是一种能量密度低、稳定性较差的能源, 由于风速、风向的随机性变化, 导致风力机叶片攻角不断变化, 使叶尖速比偏离最佳值, 风力机的空气动力效率及输入到传动链的功率发生变化, 影响了风电系统的发电效率并引起转矩传动链的振荡, 会对电能质量及接入的电网产生影响, 对于小电网甚至会影响其稳定性。风力发电机组通常采用柔性部件, 这有助于减小内部的机械应力, 但同时也会使风电系统的动态特性复杂化, 且转矩传动模块会有很大振荡。目前, 对风力发电机的控制策略研究根据控制器类型可分为两大类:基于数学模型的传统控制方法和现代控制方法。传统控制采用线性控制方法, 通过调节发电机电磁转矩或桨叶节距角, 使叶尖速比保持最优值, 从而实现风能的最大捕获。对于快速变化的风速, 其调节相对滞后。同时基于某工作点的线性化模型的方法, 对于工作范围较宽、随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统并不适用。
现代控制方法主要包括变结构控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等[7,8]。变结构控制因具有快速响应、对系统参数变化不敏感、设计简单和易于实现等优点而在风电系统中得到广泛应用。鲁棒控制具有处理多变量问题的能力, 对于具有建模误差、参数不准确和干扰位置系统的控制问题, 在强稳定性的鲁棒控制中可得到直接解决。模糊控制是一种典型的智能控制方法, 其最大的特点是将专家的知识和经验表示为语言规则用于控制, 不依赖于被控制对象的精确的数学模型, 能够克服非线性因素的影响, 对被调节对象有较强的鲁棒性。由于风力发电机的精确数学模型难以建立, 模糊控制非常适合于风力发电机组的控制, 越来越受到风电研究人员的重视。人工神经网络是以工程技术手段来模拟人脑神经元网络的结构与特征的系统。利用神经元可以构成各种不同的拓扑结构的神经网络, 它是生物神经网络的一种模拟和近似。利用神经网络的学习特性, 可用于风力机的低风速的节距控制。
3 存在的问题及展望
尽管近年来我国风电产业得到了迅猛的发展, 但同时也暴露出众多的问题。
首先, 我国尚未完全掌握风电机组的核心设计及制造技术。在设计技术方面, 我国不仅每年需支付大量的专利、生产许可及技术咨询费用, 在一些具有自主研发能力的风电企业中, 其设计所需的应用软件、数据库和源代码都需要从国外购买。在风机制造方面, 风机控制系统、逆变系统需要大量进口, 同时, 一些核心零部件如轴承、叶片和齿轮箱等与国外同类产品相比其质量、寿命及可靠性尚有很大差距。其次, 我国风电发展规划与电网规划不相协调, 上网容量远小于装机容量。风电发展侧重于资源规划, 风电场的建设往往没有考虑当地电网的消纳能力, 从而造成装机容量大, 并网发电少的现状。2009年新增装机容量中1/3未能上网, 送电难已经成为制约风电发展的瓶颈。最后, 我国风电的技术标准和规范不健全, 包括风机制造、检测、调试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。因此, 展望我国未来的风电产业发展, 必须加强自主创新掌握核心技术;必须加大电网建设力度, 合理规范风电开发;必须加大政策扶持力度, 建立健全完善统一的风电标准规范体系。
摘要：随着国家新能源发展战略的提出和实施, 我国风电产业进入跨越式发展的阶段。本文从分析我国风力发电的现状出发, 在总结分析风力发电技术发展的基础上, 对我国风电发展过程中存在的主要问题进行了探讨分析, 提出了相关建议。
关键词：风力发电,现状,技术发展
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