风能发电电气系统分析论文

风能发电电气系统分析

摘要：风能作为一种可再生能源，其在风能发电方面对降低国内煤炭发电产生的不良影响具有重要意义。并且，在环保以及实现可持续发展方面更是具有显著优势。本文重点探索风能发电系统。希望能够为有关的工作人员提供一些帮助。

关键词：风能；发电系统；系统分析

中图分类号：tm614文献标识码：a

近年来，为了充分发挥我国的风能资源优势，降低煤炭的开采以及利用量，实现人类与自然的和谐友好发展，我国政府大力提倡风能发电事业。据调查发现，我国境内的很多地区都具有风能发电优势，例如：内蒙古地区的乌兰察布市就拥有大量的风能资源，西部地区也拥有大量的风能资源，这一资源对于促进西部大开发进程具有重要客观优势。然而我国目前在这方面的研究工作并未达到成熟阶段，还存在着一些需要改进的地方。本文首先简单介绍风电系统的相关技术，然后，对当前的风电系统进行举例分析。希望能够促进我国的风能发电工程顺利开展。

一、风电系统的控制技术

风电发电系统按照其运行方式来看，主要包括三种类型。分别是：独立型、并网型以及联合型。其中，并网型主要是由风机、风机控制器、传动装置、励磁调节器、发电机、变频器和变压器等组成。风电机组中的风机是将风能转换成机械能的能量转换装置，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是将机械能转化为电能的装置，发电机在并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，且能实现最大风能跟踪控制。

二、风电系统举例分析

(一) 基于 dfig 的风电系统

基于双馈式异步发电机( doubly fed induction generator，dfig) 的变速风电系统。风力机采用变桨距调节，双馈发电机的转子采用绕线式结构，定子侧直接接电网，转子侧通过双向变频器连接到电网，可对转子进行交流励磁; 通过控制转差频率，可实现发电机的双馈调速。该系统通过调节转子电流的频率、相位和功率来调节定子侧输出功率，使之与风力输出功率相匹配，使风机运行在最大功率点附近。

基于 dfig 的风电系统的优点是: 转子侧变频器容量仅为发电机容量的30%左右，大大降低了变换器的损耗、造价和体积; 转子能量没有被消耗掉，转子绕组端口的功率根据电机运行状态可以实现双向流动; 电网侧及直流侧滤波电感、电容功率减小，电磁干扰降低; 电网侧变换器可提供无功补偿，便于实现电压调节，平滑并网电流; 变频控制灵活，调节性良好; 具有良好的动态和暂态特

性，实现有功和无功的解耦控制。该系统的缺点是: 存在齿轮箱、滑环、电刷和双绕组，容易产生摩擦损耗，增加了维护量、噪声和成本，降低了可靠性; 调速范围较小，一般只能在 70% ～130% 的额定转速范围内节; 需要采用双向变频器，控制回路多、控制较复杂、维护成本高; 要求变频器具有低电压穿越等并网运行能力，控制复杂、投入大。目前，大多数变速风电系统都采用这种方式，如vestas、gamesa、repower、ge 等很多公司都有此类产品，其容量已达6 mw 以上。

(二) 基于 dspmg 的风电系统

双凸极永磁发电机 ( doubly salient permanent magnet generator，dspmg) 是一种将 srg 的简单结构与高性能永磁材料相结合的新型发电机。这种发电机的定子和转子均为凸极齿槽结构，定子齿上安放集中式绕组，绕组端部短、用料量少、损耗小。永磁体被置于定子轭部，具有独特的聚磁效应，使激励磁场受定子极弧面尺寸限制较少。使用时，只需增加凸极数量，就可满足风电直驱的需要。

基于 dspmg 的风电系统的优点是: 其结构简单、便于控制、功率和效率较高；转子是由纯铁打造，没有绕组以及永磁体，从而更加的坚固耐用，转动时惯性小、动作反应快，可靠性明显增强；可单拍或双拍运行，控制参数多; 由于定子具有永磁体，绕组电感小，电流换向容易，动态响应良好; 采用永磁材料励磁，能量转换率高，损耗低; 采用直接驱动方式，无需齿轮箱; 电机和功率变换电路各

相独立，容错性能好; 利用了可产生转矩的两个区，功率密度较高。该系统的缺点是: 由于其电感值偏小，当系统低速运行时，容易造成斩波频率过高，对逆变功率模块的开关影响很大；由于电枢电流不规则，电流变化率、转矩脉动以及转速波动、振动、噪声均较大。该系统是 2008 年江苏火电电力设备制造有限公司研发的，主要应用在中小型的风电系统当中，但是，并没有大量的投入到实际工程项目当中。

三、总结

随着我国电力行业的快速发展以及高新技术的不断进步，传统的火力发电尽管目前还占据着国内发电总量的很大一部分，但是，其所占份额已经在逐年降低。这不仅有利于缓解国内煤炭供应紧张问题，还能够在充分利用自然可再生资源进行发电的前提下，改善空气污染状况，实现可持续发展。风能资源在我国分布广泛，尤其是在我国的西部地区，更是具有得天独厚的地理优势，这也为西部大开发提供了强大的发展动力。然而，从国内风能发电情况来看，无论是在技术还是设备等方面，相对于西方发达国家还存在一定的差距，因此，还需求不断的努力。

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