《新能源发电》大作业

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《新能源发电》课程设计

题目：风力发电技术

学习中心：浙江建设职业技术学院奥鹏学习中心

层次：专升本

专业：电气工程及其自动化

年级： 11年秋季

学号： 111213409817

学生：

辅导教师：康永红

完成日期：2013 年08月14 日

风力发电技术

总则：风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，控制技术是风力机

安全高效运行的关键。

撰写要求：（1）介绍风力发电发展的现状。

（2）比较各种风力发电机的优缺点。

（3）介绍相关风力发电控制技术。

（4）对风力发电技术发展趋势的展望。

（5）正文字数4000字符左右。

1.介绍风力发电发展的现状

我国风力发电从20世纪80年代开始起步，到1985年以后逐步走向产业化发展阶段。

自2005年起，我国风电规模连续三年实现翻倍增长。风电新增容量每年都增加超过100%，仅次于美国、西班牙，成为世界风电快速增长的市场之一。根据国家能源局2009年公布的统计数据，截止2008年底，我国风电装机容量已达1271万千瓦，居世界第4位，但是风电在我国整个电力能源结构中所占的比重仍然比较低。

我国将在内蒙古、甘肃、河北、吉林、新疆、江苏沿海等省区建设十多个百万千瓦级和几个千瓦级风电基地。根据目前国内增长趋势，预计到2020年，中国风电总装机容量将达到1.3亿~1.5亿千瓦。

2 风力发电机

2.1恒速恒频的笼式感应发电机

恒速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，发电机组的运行转速变化范围很小，近似恒定；发电机输出的交流电能频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为鼠笼式感应发电机组。

恒速恒频式发电机组都是定桨距失速调节型。通过定桨距失速控制的风力机使发电机转速保持在恒定的数值，继而使风电机并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，因而转子、风轮的速度变化范围较小，不能保持在最佳叶尖速比，捕获风能的效率低。

2.2变速恒频的双馈感应式发电机

变速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，允许发电机组的运行转速变化，而发电机定子发出的交流电能的频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为双馈感应式异步发电机组。

双馈感应式发电机结合了同步发电机和异步发电机的特点。这种发电机的定子和转子都可以和电网交换功率，双馈因此而得名。

双馈感应式发电机，一般都采用升级齿轮箱将风轮的转速增加若干倍，传递给发电机转子转速明显提高，因而可以采用高速发电机，体积小，质量轻。双馈交流器的容量仅与发电机的转差容量相关，效率高、价格低廉。这种方案的缺点是升速轮箱价格贵，噪声大、易疲劳损坏。

2.3变速变频的直驱式永磁同步发电机

变速变频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，发电机组的转速和发电机组定子侧产生的交流电能的频率都是变化的。因此，此类风力需要在定子侧串联电力变流装置才能实现联网运行。通常该类风力发电系统中的发电机组为永磁同步发电机组。

直驱式风力发电机组，风轮与发电机的转子直接耦合，而不经过齿轮箱，“直驱式”因此而得名。由于风轮的转速一般较低，因此只能采用低速的永磁式发电机。因而无齿轮箱，可靠性高；但采用低速永磁发电机，体积大，造价高；而且发电机的全部功率都需要交流器送入电网，变流器的容量大，成本高。

如果将电力变流装置也算作是发电机组的一部分，只观察最终送入电网的电能特

征，那么直驱式永磁同步发电机组也属于变速恒频的风力发电系统。

3.介绍相关风力发电控制技术

3.1风力发电控制系统的目的

由于风力发电机组是复杂多变量非线性系统，具有不确定性和多干扰等特点。风力发电控制系统的基本目标分为4个层次：保证可靠运行，获取最大能量，提供良好电力质量，延长机组寿命。控制系统实现以下具体功能:

(1)运行风俗范围内，确保系统稳定运行。

(2)低风速时，跟踪最优叶尖速比，实现最大风能捕获。

(3)高风速时，限制风能捕获，保持风力发电机组的额定输出功率。

(4)减少阵风引起的转矩峰值变化，减少风轮机械应力和输出功率波动。

(5)控制代价小。不同输入信号的幅值应有限制，比如桨距角的调节范围和变桨

距速率有一定限制。

(6)抑制可能引起机械共振的频率。

(7)调节机组功率，控制电网电压、频率稳定。

4.风力发电技术发展趋势的展望

4.1风力发电的发展方向

风力发电技术是目前可再生能源利用中技术最成熟的、最具商业化发展前景的利用方式，也是本世纪最具规模开发前景的新能源之一合理利用风能，既可减少环境污染，有可减轻目前越来越大的能源短缺给人类带来的压力。

未来风力发电技术将向着以下几个方向发展。

（1）单机容量大。

主流的新增风力机的单机容量将从750KW~1.5MW向2MW甚至更大的容量发展。目前世界上单机容量最大的风机，为5MW风力发电机，海上风力发电的6MW 风电机组也已研制成功。

（2）风电场规模增大。

将从10MW级向100MW、1000MW级发展。

（3）从陆地向海上发展。

（4）生产成本进一步降低。

4.2未来风力发电的展望

据专家们测估，全球可利用的风能资源为200亿千瓦，约是可利用水力资源的10倍。如果利用1%的风能能量，可产生世界现有发电总量8%~9%的电量。“风力12”、欧洲风能联合会、能源和发展论坛以绿色和平组织于2002年联合发表了一篇报告，以上述估计值作为基础，制定了风能的目标：到2020年，风力发电将占到全球发电总量的12%。为了达到这个目标，需要建立总容量大约为1260GW 的风能装置，每年可发电3000TW·h左右。这相当于现在欧盟的用电量。世界风能协会预计，从世界范围来看，预计2020年，风电装机容量会达到1231GW。年