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风能发电技术综述

第一篇：风能发电技术综述科技文献检索综述论文学院：信息科学与工程学院班级：电气0901姓名：吕蕾学号：k200910506137风力发电技术综述姓名吕蕾（信息科学与工程学院电气0901k200910506137）摘要文中着重阐述了风力发电机组及恒速恒频、变速恒频风力发电系统的基本结构和工作原理，简单介绍了风力发电技术的研究热点，综述了风力发电技术的发展现状及发展方向。关键字风力发电技术趋势前言在能源消耗日益增长，环境污染日渐严重的今天,当石油、天然气等不可再生能源日益短缺及大量化石能源燃烧导致大气污染、“酸雨”和“温室效应”加剧的现实摆在面前，风力发电作为当今世界清洁可再生能源开发利用中技术最成熟、发展最迅速、商业化前景最广阔的发电方式之一亦受到广泛重视。在对可再生能源的开发利用中，风能由于其突出的优点而成为世界各国普遍重视的能源，风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。文中着重阐述了风力发电机组及恒速恒频、变速恒频风力发电系统的基本结构和工作原理，简单介绍了技术的研究热点，综述了国内外风力发电技术的发展现状和发展方向，指出风力发电技术的重要性。风力发电机机组的工作原理及基本结构典型的风力发电机组主要由风轮(包括叶片、轮毂)、(增速)齿轮箱、发电机、对风装置(偏航系统)、塔架等构成。其工作原理为：风以一定的速度和攻角流过桨叶，使风轮获得旋转力矩而转动，风轮通过主轴联接齿轮箱，经齿轮箱增速后带动发电机发电。如图：上图为风力发电技术结构图一方面，由于风力发电机组频繁起停，风轮转动惯量又很大，故风轮的转速设计值较低，通常为20～30r／min；另一方面，为了限制发电机的体积和重量，其极对数较少，故在风轮与发电机间通常设置增速齿轮箱，将风轮输入的较低转速增速到1000～1500r／min以满足发电机所需。风力机按风轮的结构及其在气流中的位置大体上可以分为两大类，一类为水平轴风力机、一类为垂直轴风力机；对水平轴风力机，需要风轮保持迎风状态，根据风轮是在塔架前还是在塔架后迎风旋转分为上风向和下风向两类。对垂直轴风力机，起风轮围绕一个垂直轴旋转，主要优点是可以接受来自任何方向的风，因而当风向改变时无需对风。偏航系统是上风向水平轴式风力机风轮始终保持迎风状态及提供安全运行所需锁紧力矩的特有伺服系统，其通过驱动机舱围绕塔架的垂直轴转动以使风轮主轴保持与稳定的风向一致；另外，当因偏航动作导致机舱内引出电缆扭绞时，偏航系统应能自动解除扭绞。风力发电机组中的发电机一般为异步发电机(包括笼型、绕线型)或同步发电机(包括永磁、电励磁)，采用何种形式的发电机主要取决于风力发电系统的形式。风力发电机组的工作原理及基本结构风力发电系统从形式上有离网型、并网型。离网型的单机容量小(约为0．1～5kW，一般不超过10kW)，主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行；并网型的单机容量大(可达MW级)，且由多台风电机组构成风力发电机群(风电场)集中向电网输送电能。另外，中型风力发电机组(几十kW到几百kW)可并网运行，也可与其它能源发电方式相结合形成微电网。并网型风力发电的频率应保持恒等于电网频率，在风力发电技术方面目前世界上流行的风电技术大体上可分为恒速恒频(CSCF)和变速恒频(VSCF)两大类。3.1恒速恒频(CSCF)风力发电系统恒速恒频风力发电系统中主要采用三相同步发电机(运行于由电机极对数P和频率f所决定的同步转速n0)、鼠笼式异步发电机。且在定桨距并网型风电机组中，一般采用鼠笼式异步发电机，通过定桨距失速控制的风轮使其在略高于同步转速n0的转速(一般在(1～1．05)n0之间)稳定发电运行。恒速运行的风力发电主要缺点如下：3.1.1恒速恒频系统是一种刚性机电耦合系统，当风速发生突变时，风机的叶片将承受较大的扭应力和风力摩擦。为了保持机械转速恒定，巨大的风能还将通过叶片在风机主轴、齿轮箱和电机等部件上产生很大的机械应力，增加了这些部件的疲劳损坏程度，缩短了使用寿命。并网运行时还会潜在地影响到电力系统的稳定运行。3.1.2采用失速调节方式，叶片自身结构复杂，单机容量增大时，转子的直径必须增大，叶片的厚度也随之增加，使叶片的刚度减弱，失速动态特性不易控制，风力机单机容量的发展受到限制3.2变速恒频(VSCF)风力发电系统由于存在上述缺点存在，促使人们考虑使发电机在变速驱动下发出恒定频率的电能，从而发展了变速恒频风力发电技术。变速恒频发电是20世纪末发展起来的一种新型发电方式，它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中，获得了一种全新的、高质量的电能获取方式。风力机采用变速运行，即风机叶轮跟随风速的变化改变其旋转速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比，风能利用系数最大。目前，变速恒频风电机组主要采用绕线转子双馈