风力发电技术现状及发展趋势 许志伟

风力发电技术现状及发展趋势许志伟

发表时间：2017-11-28T15:54:29.220Z 来源：《电力设备》2017年第23期作者：许志伟

[导读] 摘要：在全球能源过度消耗的生态环境下，对新能源的研究和利用已成为世界热门的话题，风力发电是新能源发电技术中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式，目前各国都在加大对风力发电及其相关的技术研究。

（大唐安阳发电厂河南安阳 455000）

摘要：在全球能源过度消耗的生态环境下，对新能源的研究和利用已成为世界热门的话题，风力发电是新能源发电技术中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式，目前各国都在加大对风力发电及其相关的技术研究。全球风电行业年度市场增长率达 40%，已有一百多个国家涉足到风电行业，该行业已经成为世界能源市场的重要组成部分。我国近几年风电产业发展势头强劲，风电新增装机的容量稳居全球前茅，因此，对风力发电的技术现状和发展趋势进行研究具有重要意义。

关键词：风力发电；技术；探讨

1常用的风力发电系统

目前风力发电系统常用的风力发电机主要有恒速恒频率异步发电机、变速恒频双馈异步发电机和直驱永磁同步发电机三种。由于变速恒频系统可以适应较宽的风速范围，已经成为风力发电的主流机型，而直驱永磁同步发电机和全功率变流器组合在未来有着广阔的发展前景。

1.1 恒速恒频发电机系统

恒速恒频发电机系统主要由风力机、变速箱、异步发电机以及并联电容器构成。风轮机应用定浆失速控制可以确保发电机输出的电能电压和频率保持恒定。由于异步发电机在输出有功功率的同时会有无功产生，因此，可以通过并联电容器提高电网的功率因数。由于风能波动性和不稳定性的特点，恒速恒频发电机系统的风能利用率较低，能量输出波动性也比较大。

1.2 变速恒频双馈异步发电机系统

双馈异步发电机是如今风力发电的主流设备，占装机总量的绝大部分。变浆距角技术的应用，提高了风能的利用率，而且在机组紧急停止时，通过调整可以减少风能的收集，降低了机组的机械冲击，机组的使用寿命加长了。定子侧和电网连接，转子通过双PWM变换器控制励磁，确保定子电能频率的稳定。

1.3 变速恒频直驱永磁同步发电机系统

风力发电机和永磁同步发电机直接连接，避免了减速箱对系统运行的影响。同步发电机发出的电能通过交直交变频技术形成稳定的交流电进入电网。励磁采用永磁体节省了励磁的维护投入，但发电机的体积和制造成本以及难度加大了。

2风力发电中的重点技术问题

风力发电作为重要的新兴能源，受重视程度越来越高，如何提高风能的使用效率，改善风力发电的电能质量是风力发电工作研究的重点。

2.1 风力发电功率的预测

风能的不稳定性和随机性，经常造成大容量电场并网严重影响电力系统的可靠性，制约着大容量风电场的并网运行。因此对风电能量进行科学准确的预测，有助于风电场的合理选址以及电网能量的合理调度。目前常用的风能预测方法有：基于数值天气预报的风能预测，即利用气象信息对中长期风能进行预测；时间序列预测法，即利用历史风能数据对短期风能分布进行预测、人工神经网络预测，该方法的自适应性比较强，适用于非线性的模型预测。为提高预测的准确性，将多种方法结合使用是风能预测的发展方向。

2.2 风电场电力电子设备的研究

先进的电力电子技术是现代风力发电的重要技术依托，为风力发电提供重要的技术支撑。风力发电设备中存在大量电力电子设备，如双馈异步发电系统中的PWM变流器、直流永磁同步发电系统重点交直交变频设备、基于电压源的高压直流输电并网技术以及低压穿越所需的电子装置等。因此，加强电力电子设备的研究，对风力发电的发展具有重要意义。

2.3 低压穿越技术

低压穿越技术在电网发生故障时，利用电力电子技术确保风电场在一定时间范围内向电网提供一定的无功，从而保证电网不脱网运行。当电网电压降低时，风电机组通常由于自我保护而脱离电网，在风电所占电网的比例较小时，风电的脱离不会对系统造成太大影响，一旦风电机组的容量较大，电网故障时风电的解列在故障的基础上增加了电网的扰动，严重影响电网的可靠运行，甚至造成整个系统的解列。因此，我国对低电压运行标准进行了规定，即当并网电压跌至20%额定电压时，风电机组应能不脱网运行625 ms，目前由于电网的故障复杂多变，还没有十分完善的方案能够完全满足低电压穿越的要求，这已经成为风电研究的热点问题。

2.4 风电场的无功补偿

电压稳定是风电并网中的重要问题，无功补偿是风电电压稳定的重要影响因素。尤其在异步风力发电机系统中，异步发电机和变压器设备产生大量的无功功率，一旦这些无功无法得到及时补偿则会对电网的可靠运行造成影响，系统无功过高会使系统电流增加，增大系统损耗的同时，也会影响设备的安全运行；电流和视在功率的增加造成电力设备容量的增加，电力设备的体积也相应增大，电网的经济运行性降低，另外电网的功率因数过低会造成电网电压的降低。风电场无功补偿的方式多种多样，目前最为常用且使用效果较好的方式是基于电力电子技术的动态无功补偿设备。

3风力发电技术的发展趋势

我国风电行业已经步入了快速发展的时期，风力发电技术逐渐更具规模化和有效化，现已采用新的叶片技术、新型发力风电机、新型电力电子技术等智能优化风力发电系统，提高了可靠性和恶劣环境下的安全性。（1）对于巨型机而言，采用延长叶片会使运输和安装成本增加，因此分段式叶片技术应运而生，很好的解决了运输和安装问题，同时采用强化碳纤维增强叶片刚度，玻璃钢和热塑等混合纱丝制造叶片，缩短了叶片的生产时间。（2）采用无刷交流双馈异步电机、开关磁阻发电机和高压发电机也降低了成本，提高了可靠性，便于设备维修及养护，新型风力发电机的研制仍然是当前的重要任务。（3）新型大功率变化器的研究和应用势在必行，多电平变化器相对两电平变换器显著的降低了功率器件的开关损耗，大幅度的提高了转换效率，同时，新型储能技术也日益受到了人们的关注，起到了维持电网频率

稳定的作用。（4）随着风电规模的扩大，对电网的影响逐渐加深，为了不影响电力系统的稳定性，就要求风电发电机组不脱网运行，在故障切除后尽快帮助电力系统恢复运行，即低压穿越，很多国家都在致力于研究此项，我国在 2011年已自主研制出直驱永磁机组成功通过了低压穿越测试，后续还需继续完善。（5）国外对风电机组和风电场的短期及长期发电预测做了很多研究，取得了重大进步，我国应借鉴欧洲国家风能功率预测在推动风电大规模利用方面的成功经验，大力开展有关研究，提高预测技术水平。

结束语

我国目前的经济发展速度飞快，同时也增加了对能源的需求量。由于风能是可再生的清洁能源中最重要的组成部分，因此对它的开发力度将日益加大。在此过程当中，风电技术的研发与进步显得尤为重要。在未来的发展中，我们将投入更多的人力和物力资源来支持风电行业的发展，加快对风电行业的基础设施建设和对技术方面的研究，优化我国的能源结构，为我国的经济发展和节能减排作出重要贡献。

参考文献：

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