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发电 系统 技术 发展 综述

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风力发电系统技术的发展综述1353770陈序（同济大学电子信息与工程学院自动化系）摘要风能具有可再生性和无污染性的优点，风力发电已成为最具有规模化发展前景的新能源。但风能存在随机性和波动性的特点，对电力系统的安全性、稳定性、电能质量、系统可靠性、电源和电网规划等方面带来一定的影响。实现对风力发电机组具有较好控制性能的智能控制是研究风力发电的重要途径。关键字 风力发电，控制系统，风电成本，发展趋势正文负载或电网发电机风力机械电能变换风力发电系统风力发电机组主要由风轮、发电机、电能变换单元和控制系统组成，如图所示。 储能设备风轮通过叶片捕捉风能，是吸收风能并将其转换成机械能的部件。发电机实现机械能电能转换。由于异步发电机结构简单、运行可靠，目前风力发电几乎均采用异步发电机。1发电机所发出的电能有两种处理方式：可以直接给负载供电或并进电网；也可以通过储能设备进行蓄能，再由电能变换单元将储能设备输出的直流电转换成交流电再供给负载或并网。储能设备作为中间环节不仅可以将能量储存起来，还兼有稳定电压的优点，这样对负载供电更平稳，对电网的冲击亦可减小。风力发电机组的控制系统是综合性控制系统，不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网、脱网控制，以确保运行过程的安全性和可靠性，而且还要根据风速、风向的变化，对机组进行优化控制，以进步机组的运行效率和发电量。风电系统的控制技术风力发电系统的运行方式可分为独立型、并网型和联合型 3 种。并网型风力发电系统由风力机控制器、风力机、传动装置、励磁调节器、发动机、变频器和变压器等组成。如图所示 2风力发电机组包括风力机、发电机、变速传动装置及相应的控制器等，可用来实现风能与电能的能量转换。风力机和发电机的功率和速度控制是风力发电的关键技术。风电机组中的力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、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，发电机在并网必须输出恒定频率( 一般为50 Hz)的电能。按照发电机转速的不同，发电机可分为恒速和变类，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改变。风力发电系统的控制策略研究根据控制器类型的不同可分成两大类：基于数学模型的传统控制方法和现代控制方法。近年来 ,随着智能控制技术的日渐完善和发展 ,许多人也将其应用于风力发电控制系统中 。将神经网络控制方法用于风力发电系统的控制过程 ,以克服微控制过程中存在的系统模型的非线性和复杂性 ,使系统达到最优控制效果3 。由模糊理论得出最优蓄电池电压 ,通过控制作为发电机负荷的蓄电池电压来控制发电机出力 ,从而有效地把风能转换为电能 4 。风力发电成本状况风力发电对于降低化石能源消耗、减少温室效应、抑制全球气候变暖、保持生态平衡、改善电力结构起到重要作用，这些优势已逐渐被人们所认识，但风力发电成本还难以同常规能源发电成本相竞争，这制约着风电产业的发展。但随着风电市场的迅猛发展，技术不断进步，风电成本显著下降。风力发电成本从20 世纪 80 年代 9.2 欧分/kWh （单机容量 95kW 风机）， 下 降 至 2006 年 5.3 欧 分/kWh （单 机 容 量2000kW 风机），成本下降约 40%；按 2006 年价格水平以及 20072015 年内每 3 年实现装机容量翻番的假设， 预计 2015 年风力发电成本将降至4.35.0 欧分/kWh。5风电系统的选型及发展趋势风电系统的主要发展趋势为: 风电机组型由定桨矩失速型向变桨矩和变速恒频型发展; 电机馈型由单馈型向双馈型发展;传动技术由有齿轮箱向无齿轮箱( 直驱型、半直驱型) 发展; 电机电刷由有刷型向无刷型发展; 励磁方式由电励磁向永磁方向发展; 新型电机在风电系统中的应用由少品种向多品种发展; 单机容量由小向大发展; 电机品种由单一型向大、中、小型风机系统并列发展; 运行方式由独立运行向并网大型化与离网分散化互补运行发展; 风电成本由高向低发展;风电选由陆上风电向海上风电发展; 电机结构向紧凑、柔性、轻盈化发展; 电机材料由普通永磁式向全永磁悬浮式发展; 电机控制算法由传统控制向智能控制发展; 风电机组的联网方式由有线网络向无线网络发展。5-7参考文献1曾婧婧，上海电力学院，风力发电控制系统综述2 程启明 程尹曼 王映斐 汪明媚 上海电力学院电力与自动化学院，风力发电系统技术的发展综述3 张岳，王凤翔 直驱式永磁同步风力发电机性能研究J 4 陈昆明，汤天浩，陈新红，等永磁半直驱风力机控制策略仿真5我国风力发电度电成本的分析与预测研究_解建宁6 孙涛,赵海翔,申 洪等中国电力，全国风电场建设投资构成与分析7SHI Peng-fei, Looking forward to the prospect of wind power generation in China from the worlds development trends8Ali Oudah, Izz