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风力发电技术综述

第一篇：风力发电技术综述风力发电技术综述摘要：风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源，风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统，它直接关系到风力发电的性能与效率。它主要对风力发电的发展现状和前景、风电系统的控制技术、风力发电机及其风电系统和风力发电中的关键技术作了简单的介绍。关键词：风力发电；控制技术；并网技术；低电压穿越引言在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭的双重压力下，对新能源的研究和利用已成为全球各国关注的焦点。风能作为一种可再生的清洁能源，受世界各国的重视程度越来越高，也越来越多的被应用到风力发电中。除水力发电技术外，风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。由于它可以在改善生态环境、优化能源结构、促进社会经济可持续发展等方面有非常突出的作用，目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。1.国内外风力发电的现状和前景1.1国外风力发电发展现状世纪80～90年代，风力发电技术得到了飞速的发展并且逐渐成熟。风力发电凭借它自身的优点，已经延伸到了电网难以达到的地方，给他们带来了很多方便。据全球风能理事会(GWEC)发布的全球风电市场装机数据显示，全球风电产业2011年新增风电装机容量达四万一千兆瓦。这一新增容量使全球累计风电装机达到二十三万八千兆瓦。这一数据表明全球累计装机实现了两成多的年增长，新增装机增长达到6%。到目前为止，全球七十多个国家有商业运营的风电装机，其中二十二个国家的装机容量超过1GW。据估计到2030年，欧洲风电装机可达三百亿瓦，可满足欧洲百分之二十的电力需求。1.2国内风力发电发展现状我国风力资源储量丰富，分布广泛。陆上可开发的储量为2.53亿kW，海上可开发的储量为7.5亿kW。“大规模、高集中开发，远距离和高电压输送”是我国风电发展的重要特征。近年来，我国风电发展迅猛，2006～2010年风电总装机容量从260万kW增长到4182.7万kW，2010年新增风电装机1600万kW，累计装机容量和新增装机容量均居世界第一。预计2020年我国风电累计装机可以达到2.3亿kW。这意味着未来十年中，风电总装机容量平均每年需新增1800万kW。预计每年需新增机组及其配套变流器约9000台。2.风电系统的控制技术风力发电系统的运行方式有三种：独立型、并网型和联合型。并网型风力发电系统由风力机控制器、风力机、传动装置、励磁调节器、发动机、变频器和变压器等组成。风力发电机组包括风力机、发电机、变速传动装置及相应的控制器等，用来实现风能与电能的能量转换。风力发电的关键问题是风力机和发电机的功率和速度控制。风电机组中将风能转换成机械能的能量转换装置是风力机，它由风轮、迎风装置和塔架等组成。按结构不同，风力机可分为水平轴式和立轴式两种；按功率调节方式不同，风力机可分为定桨距失速、变桨距和主动失速3种。风电机组中的发电机将机械能转化为电能，发电机在并入电网时必须输出恒定频率(一般为50Hz)的电能。按照发电机转速的不同，发电机可分为恒速和变速两类，其中变速需要通过变频器来实现。变频器采用电力电子变流技术和控制技术，将发电机发出的频率变化交流电转换为与电网频率相同、能与电网柔性连接的交流电，并且能实现最大风能跟踪控制。按照拓扑结构的不同，变频器可分为交-交型、交-直-交型和矩阵型三种；按照变频器容量的不同可将变频器分为部分容量和全部容量(全额)两种。变速传动装置可将风轮的低转速转换为发电机的较高转速，按传动链类型将其分为齿轮箱驱动和直接驱动两种，其中前者包括单级和多级两种齿轮箱驱动。3.风力发电机及其风电系统实现恒速或变速风力发电系统有许多种方案，所选发电机的类型主要取决于风电系统的形式。传统的恒速/变速风电系统共有四种：基于SCIG的恒速风电系统[1]、基于WRIG的受限变速风电系统[2]、基于ESC-SCIG的变速风电系统[3]和基于MMG的变速风电系统[4]。现代风电系统一般采用变速恒频技术，这种技术通过变流装置或改造发电机结构来实现。现代变速恒频风电系统共有六种：基于SCIG的风电系统[5]、基于DFIG的风电系统[6]、基于直驱式EESG的风电系统[7]、基于直驱式PMSG的风电系统[8]、基于半直驱PMSG的风电系统[9]和基于PMBDCG的风电系统[10]。近年来，一些具有商业化潜力的新型风力发电机及其风力发电系统不断涌现。新型变速恒频风电系统主要有以下八种：基于SRG的风电系统[11]、基于BDFIG的风电系统[12]、基于CPG的风电系统[13]、基于HVG的风电系统[14]、基于DWIG的风电系统[15]、基于TFPMG的风电系统[16]、基于DSPMG的风电系统[17]和基于EVT的风电系统[18]。4.风力发电中的关键技术4.1并网技术的