变速恒频风力发电技术综述
?电气技术与自动化?王冠琰，等?变速恒频风力发电技术综述
变速恒频风力发电技术综述
王冠琰’。李娜２
【１．江苏省宝应职业教育中心校。江苏扬州２２５８００；２．中国矿业大学。江苏徐州２２１００８）
摘要：风力发电正在以前所未有的速度发展，变速恒频风力发电是一门新技术。简要介绍了
风力发电机的组成和分类。通过和恒速恒频风力发电机进行比较，分析了变速恒频风力发电
技术的优点。比较了几种适适用于变速恒频风力发电的发电机组，对各自的原理进行了比较
详细的阐述。最后展望了风力发电的前景。
关键词：风力发电；风力机；变速恒频；发展趋势
中图分类号：ＴＫ８文献标志码：Ｂ文章编号：１６７１－５２７６（２０１０）０１－０１５３－０４
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＶａｒｉａｂｌｅ－ＳｐｅｅｄＣｏｎｓｔａｎｔＦｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＶＳＣＦ）ＷｉｎｄＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ＷＡＮＧＧｕａｎ．ｙａｎｌ，Ｌ１Ｎａ２
（１．ＪｉａｎｇｓｕＢａｏｙｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＥｄｕｃａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５８００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓｇｒｏｗｉｎｇａｔａｎｕｎｐｒｅｃｅｄｅｎｔｅｄｒａｔｅ，ａｎｄｖａｎａｂｌｅｓｐｅｅｄｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓａｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ，ａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｓｔａｎｔｓｐｅｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒ。ａｎａＩｙｚｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆＶＳＣＦｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｙｃｏｍｐａｎ－ｓｏｎｗｉｔｈｓｅｖｅｒａｌｋｉｎｄｓｏｆｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｖａｎａｂｌｅｓｐｅｅｄ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｐｏｗｅｒ；ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ；ＶＳＣＦ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄ
０引言
随着世界经济的深入发展和国际工业化进程的加快，世界各国对能源的需求越来越大，能源消耗的速度持续增长，煤炭、石油等常规能源逐渐枯竭。为ｒ缓解能源危机，人类越来越重视可再牛能源的利用，而风能作为一种取之不尽、清洁无污染、具有大规模开发利用前景的能源，是可再生能源中最廉价、最具潜力的“绿色能源”。风力发电是利用风能的一种有效形式，它将风能通过风力机的转动转化为可方便使用的电能。利用风能发电以其“环保、节能”的特点日益引起众多国家的高度重视。
１变速恒频风力发电技术的优点
风力发电机主要由风力机、发电机和其他辅助部件组成。大中型风力发电机组大多采用异步发电机，因为它制造简单，并网容易，励磁功率可直接从电网中获得。风力机组主要有两种类型：定桨距失速型风力机和变桨距风力机。定桨距失速犁风力机利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能，功率调节由风轮叶片来完成，对发电机的控制要求比较简单。这种风力机的叶片结构复杂，成型工艺难度较大。而变桨距风力机则是通过风轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率。由于采用的是异步发电机，无论是定桨距还是变桨距风力发电机，并网后发电机磁场旋转速度由电网频率所固定，异步发电机转子的转速变化范围很小，转差率一般为３％～５％，故属于恒速恒频风力发电机。
恒速恒频风力发电机的主要缺点有以下几点：一是风力机转速不能随风速而变，从而降低了对风能的利用率；二是当风速突变时，巨大的风能变化将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件，在这些部件上产生很大的机械应力；三是并网时可能产生较大的冲击电流。
变速恒频风力发电技术是目前国内外风力发电技术的最优化方案，这是２０世纪７０年代发展起来的一种新型发电方式，它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中，获得了一种全新的、高品质的电能获取方式。风力机采用变速运行，即风力机叶轮随风速的变化改变其旋转速度，因而保持基本恒定的最佳叶尖速比和最大的风能利用系数。相对于恒速运行方式，变速运行具有如下优点：
ａ）风能转换效率高。变速运行风力机以最佳叶尖速比、最大功率点运行，提高了风力机的运行效率，与恒速恒频风电系统相比，理论上年发电量一般可提高２０％以上。变速运行的风力机不但年运行小时数较高，而且输出功率上限也比恒速运行的风力机要高。
ｂ）变机电动力系统间的刚性连接为柔性连接。当风速跃升时，能吸收阵风能量，把能量储存在机械惯性中，减少阵风冲击对风力机带来的疲劳损坏，减少机械应力和转子脉动，延长风力机寿命。当风速下降时，高速运转的风
作者简介：王冠琰（１９８４一）。女，江苏扬州人，江苏省扬州市宝应职业教育中心校教师，主要从事自动控制方面研究。
ＭａｃｈｉｎｅＢｕｉｌｄｉｎｇ秽Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ。Ｆｅｂ２０１０，３９（Ｊ）：１５３—１５６?１５３?万方数据