风力发电系统

1、风力发电控制系统1352517摘 要：介绍了世界风力发电控制系统的发展历程和我国的研究现状。分析并得出风力发电系统中，控制系统是确保机组安全可靠运行、优化机组效率的关键。具体介绍了控制系统的功能，并给出了控制系统结构图，同时探讨了控制系统发展趋势。仿真表明：风力发电控制技术的研究，对增强我国大型风力发电机组的开发能力、进步风力发电机组的率和降低机组本钱具有重要意义。：风力发电控制系统 功能 结构 研究动态1、风力发电技术发展现状为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展，于 2005 年 28 日本法所称可再生能通过了中民可再生能

2、源法，并在第二条源，是指风能、能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。由此可以看出，国家对于新能源开发的重视。从上世纪八十年始引进风电机并进行性，到现在，我国风电技术的发展得到了极大的进步。根据数据统计，到 2009 年底，我国风电机的总容量位居世界第二，而新增的总装机量也占据世界首位。我国风电市场的已经举足轻重。从相关发展技术上来看，我国的风电技术随着科技的进步得到了长远的发展势头。通过引进、吸收到进一步融会贯通，从而创新这一发展，我国风电技术在不断进步，国内兆瓦级的机组一开始普及，对我国兆瓦级风电机来说是一种肯定。而且，风电装备的制造也开始集中，使得我国机组的国内市场的份额也逐年递

3、增。从有的状况来看，无论是风电机组的制造，还是重要零我国国内风电市场的需要。同时应当注意到，仍有部分的配置都能够满足的制造存在，不能满内生产供给的需要，需要从国口，这对我国风电市场的竞争来说，增大了成本。因此，在2.风力发电系统创新研发方面，我国应进一步加强。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 1 所示。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。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。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

4、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。3.风力发电控制系统及结构在风力发电系统中需要解决的基本是如何在风速变化的情况下，获得较稳定的电压输出，以及如何解决无风时的用电题目。既要考虑到风能的特点，又要考虑到用户的需要，达到实用、可靠、经济的运行效果，关键环节之一就是要有一个稳

5、定、可靠、功能齐全的控制系统。目前尽大多数风力发电机组的控制系统都选用集散型或分布式（）产业控制计算机。有各种功能的模块可供选择，可以方便地实现就地控制，很多控制模块可直接布置在控制对象的工作点，就地处理；同时现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数。风力发电机组控制系统的结构如图 3 所示。4.风电系统的经济特性风电系统的成本主要由容量系数，风机价格，风机使用及电量损失决定6。，风资源状况以容量系数是风力发电成本的影响之一，在风电成本的计算中，容量系数是一个重要的参考值。一般是容量系数越大，风力发电的成本越高，在其他因素一定的条件下，容量系数是影响风力发电成本的决定

6、性。风机是风力发电中的主要设备，对于风电的开发和利用有重要的作用。风机的价格、使用也与风力发电的成本关，价格较高的风机不仅使用寿命长而且能够节约风能，减少消耗。但同时也增加了风电系统建设的前期投资成本。风资源状况对于风力发电成本也有一定的影响，如果风力或者风速不够大的话，就会使得发电的速度降低，效率降低，达不到预期的成果。在发电的过程中由于种种原因会造成电量损失，电量的流失造成发电量，就必须花费 的时间和成本继续发电，不仅延长了发电的周期还造成了发电成本的增加。现如今，风电技术已日趋成熟，产品质量可靠，能源可用率达 95% 以上，风力发电的经济性日益提高6。如果计及煤电的环境保护及交通 等投资

7、，风电成本也低于煤电。总体而言发电成本较低，低于油电和核电。5.风力发电技术的发展趋势随着世界各国经济的发展，对能源的需求量逐年增大，而风电作为最具有开发前景的新能源和再生能源之一，已成为各国持续关注的焦点。目前风电产业总体发展的趋势如下:单机从小容量到大容量发展。为提高风能及发电设备的利用效率，减少风电场的占地面积，使风电产业的经济利益最大化，兆瓦级大容量机组已成为发展趋势。定桨距向变桨距变速发展。风能具有随机性和爆发性的特点，当风速变化时，改变风轮的桨距角使其保持在最佳叶尖速比。以期获得风能的最大利用效率。并且在电网发生故障时，通过调整叶轮桨距角减少风能捕获，以利于机组紧急停机或配合低电压

8、穿越控制策略。双馈主导，直驱引领。由于双馈风机技术较为成熟、控制性能好、生产成本优点，已占据风电市场的主导地位。而与之相比的直驱电机，因减少了齿轮箱带来的故障隐患，高了运行可靠性，与之相连的全功率变流技术具有良好的低电压穿越能力。因此，直驱风机及其衍生的半直驱风机将引领未来的风电市场。风电场向常规电厂发展。随着能源的短缺，新能源势必将要代替传统能源。由于风能的不确定性，如何使风电场向常规电厂那样满足电网运行的要求，及具有良好的可控可调性，还有很长的路要走。陆上发电向海上风力发电发展。随着风电机组单机容量逐渐增大，庞大的体积难以和风电场选址限制了其在陆地上的发展。海上风能资源极其丰富，风速高、对噪音要求低、大容量机组易于等特点，加之VSC-HVDC技术及其的多端直流输电技术为海上风电传输扫除了技术，使其成为未来风电的一个重要发展方向。