(新能源发电)课程设计风力发电技术

网络教育学院《新能源发电》课程设计

题目：风力发电技术

学习中心： xxxx学习中心

层次：专升本

专业：电气工程及其自动化

年级： xxxx 年 xx春

学号： xxxxxx

学生： xxx

辅导教师：康永红

完成日期： 2015 年 1 月 9 日

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。

第一章风力发电发展的现状

我国是世界上风力资源占有率最高的国家，也是世界上最早利用风能的国家之一，据资料统计，我国10m高度层风能资源总量为3226 GW，其中陆上可开采风能总量为253 GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源近1000 GW。如果风力资源开发率达到60%，仅风能发电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。

我国利用风力发电起步较晚，和世界上风能发电发达国家如德国、美国、西班牙等国相比还有很大差距，风力发电是20世纪80年代才迅速发展起来的，发展初期研制的风机主要为1 kW、10 kW、55 kW、220 kW等多种小型风电机组，后期开始研制开发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛推广应用，目前有的风机已远销海外。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风力发电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW级风电场。截止2007年底，我国风机装机容量已达到6.05 GW，年发电量占全国发电量的0.8%左右，比2000年风电发电量增加了近10倍，我国的风力发电量已跃居世界第5位。

第二章比较各种风力发电机的优缺点

一．当前风力发电机有两种形式：

1 水平轴风力发电机（大、中、小型）

2 垂直轴风力发电机（大、中、小型）。

水平轴风力发电机技术发展的比较快，在世界各地人们已经很早就认识了，大型的水平轴风力发电机已经可以做到3-5兆瓦，一般由国有大型企业研发生产，应用技术也趋于成熟。小型的水平轴风力发电机一般是一些小型民营企业生产，对研发生产的技术要求比较低，其技术水平也是参差不齐。

小型水平轴风力发电机的额定转速一般在500-800r/min，转速高，产生的噪音大，启动风速一般在3-5m/s，由于转速高，噪音大，故障频繁，容易发生危险，不适宜在有人居住或经过的地方安装。

垂直轴风力发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风力发电机对研发生产的技术

要求比较高，尤其是对叶片和发电机的要求。近几年垂直轴风力发电机的技术发展很快，尤其小型的垂直轴风力发电机已经很成熟。

小型的垂直轴风力发电机的额定转速一般在60-200r/min，转速低，产生的噪音很小（可以忽略不计），启动风速一般在1.6-4m/s。

二．参数对比：

序号性能水平轴风力发电机垂直轴风力发电机

1 发电效率50-60% 70%以上

2 电磁干扰（碳刷）有无

3 对风转向机构有无

4 变速齿轮箱10KW以上有无

5 叶片旋转空间较大较小

6 抗风能力弱强（可抗12-14级台风）

7 噪音5-60分贝0-10分贝

8 启动风速高（2.5-5m/s）低(1.5-3m/s)

9 地面投影对人影响眩晕无影响

10 故障率高低.

11 维修保养复杂简单

12 转速高低

13 对鸟类影响大小

14 电缆绞线问题有无（或碳刷损坏问题）15 发电曲线凹陷饱满

第三章介绍相关风力发电控制技术

风力发电机组可以分为两大类：恒速恒频机组和变速恒频机组。风力发电机并入电网运行时，要求风力发电的频率保持恒定为电网频率(在我国，电网频率为50Hz)。恒速恒频指在风力发电中控制发电机的转速不变，从而得到频率恒定的电能；变速恒频指发电机的转速随风速变化而变化，通过一定的控制方法来得到恒频的电能。

一、如今投入实际运行的恒速恒频机组主要分为2类：

1、一类采用鼠笼式异步发电机，如图2.1所示。并网后，在电机机械特性的稳定区内运行，异步发电机的转子速度需要高于同步转速。当风力机传给发电机的机械功率随风速增加时，发电机的输出功率及其电磁转矩也相应增大。一般情况下，当转子速度

高于同步转速3％-5％时达到最大值，若超过这个转速，异步发电机会进入不稳定区，产生的电磁转矩反而减小，导致转速迅速升高，引起飞车。另外，异步发电机并网运行后，在向系统输出有功功率的同时，需要从电网吸收无功功率来建立磁场，它不具有调节和维持机端电压的能力。最后，由于转子速度的变化范围比较小，而风速经常变化，显然，风能利用系数Cp不能保持在最佳值。

图2.1采用鼠笼式异步发电机的恒速恒频机组

2、另一类采用绕线式异步感应发电机，如图2.2所示。它的特点是，采用了外接的可变转子电阻。这种结构最初是由丹麦的Vestas公司提出来的，又称OptiSlip风力发电系统。通过电力电子变换器调节外接转子电阻的大小，可以改变异步发电机的转差率S。相比鼠笼式异步发电机，转差率S的变化范围变大了，可达0-10％。然而，这种系统仍然需要从电网吸收无功功率，另外，转差功率转换成了外接转子电阻的热能损耗，没有被有效利用。

图2.2采用绕线式异步感应发电机的恒速恒频机组

二、投入实际运行的变速恒频机组也主要分为2类：

1、一类是绕线转子双馈感应发电机系统，如图2.3所示。这类系统的特点是：在绕线式异步发电机的转子上连接了一个交-直-交(AC-DC-AC)的电力电子变流器。该变流器能够实现转子和电网之间的双向能量流动，转子侧变换器控制异步发电机，网侧变换器控制和电网的能量交换。双馈发电机本质上是同步发电机，所以可以调节双馈发电机吸收的无功功率。另外，双馈发电机的转速运行范围可以达到70%-130％同步转速，即