风力发电完整版本

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引言(Introduction)世界上越来越多的国家认识到，一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会的需要，而又不危及子孙后代前途的社会。因此节约能源(SaveEnergy)，提高能源利用效率(EnergyUsingEfficiency)，尽可能多地利用洁净能源(GreenEnergy)替代高含碳量的矿物燃料，应是各国能源建设遵循的原则。近年来，人们已经逐渐认识到风力发电(WindPowerGeneration)在减轻环境污染、调整电网中的能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，无论从调整电网结构，还是从商业化方面都促使人们开始重视发展风力发电。国际上利用风力发电是上个世纪发展壮大起来的。从八十年代中期到九十年代中期，世界风力发电技术取得了突飞猛进的发展，九十年代以来，世界风力发电容量以平均每年30%的速度增长，已成为世界能源中增长最快的一种，并且风力机的设计、制造技术趋向成熟，产品进入商品化阶段，功率等级从几十kW跃升至600kW，并有兆瓦级风力发电机问世，发电成本竞争力越来越强，同时，风电场建设和管理的水平以及规模也上升到崭新的阶段。近十几年来风力发电机产品质量有了显著提高，作为一种新的、安全可靠的、干净的能源而受到国际上风资源丰富国家的关注与大规模开发。图1示出了上世纪九十年代初期到本世纪初的世界风力发电的增长趋势。图1风力发电装机容量的快速增长Fig.1Fastincreaseofwindpowergeneration1.

世界风力发电的发展状况(Globalstatusofwindpowergeneration)随着风力发电在技术上日益成熟，已初步具有同燃油、燃煤、核能等发电技术相竞争的技术经济性。风力机的单机容量也越来越大，世界上最大的“超级风力发电机”（Superwindturbine）单机功率为7.3MW，风车直径达到112米。目前国际商品化的大型风力机功率也已经达到两兆瓦以上，我国目前运行的最大风力发电机为4台Nordex公司生产的1.3MW风力发电机，位于辽宁营口仙人岛风力发电厂。随着制造和运行成本不断降低，大型风力发电机组单位电价已经接近传统火力发电水平;商业化机组已有十余年良好运行的记录，运行的可靠性达到98%以上。对风力机设备的配套技术也日益完善，风力发电机组全部实现集中和远程控制，商业性风力发电场已形成了相当的规模和经济效益。风力发电场逐渐从陆地转移到海上，其发展空间和前景更加广阔。近五年，欧洲市场的年平均增长率为35%。2002年全年，欧洲新增装机容量达到587lMW，表1示出了2002年欧盟主要国家风力机装机情况。德国、西班牙和丹麦占其中的90%，目前德国风电总装机容量已经达到12001MW，占其国家电力总需求的4.7％，丹麦风电总装机容量达到2880MW，占国内电力需求的20%。当今世界风电发展较快的国家还有美国、荷兰等，这些国家也同时开发了大型的商业化风力发电机组。丹麦是世界上大型风力发电机产量最多的国家，出口量也居世界首位。首届世界风能大会2002年4月2日至5日在法国巴黎举行，这次会议是由欧洲风能协会及美国风能协会共同主办的。欧洲风能协会分析指出，与其他地区相比，欧洲的风能发电发展最快，欧洲风能发电的总功率达到1.9万MW，占全世界风能发电能力的70%以上。世界上风能利用最好、发展最快、技术比较先进的国家分别是德国、美国、丹麦、荷兰。表12002年欧盟主要国家风力机装机统计(单位:MW)Tab.1EUcountry’scapacityofwindturbinein2002

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我国风力发电的发展状况(Domesticstatusofwindpowergeneration)我国地域辽阔，地处北纬阳光充沛的亚热带地区。据专家预测，我国风能储量大，分布广，全国大约有2/3的地区为多风地带。全年平均风速3m/s及以上的时间达3000～5000h.平均风能密度为100W/m2，可开发的风能资源约2.53亿kW。因此我国具备大规模发展风电的资源条件。我国风能资源的分布如表2。表2中国部分省风能储量(单位：GW)Tab.2WindpowerreserveofChineseprovince

我国风力发电从20世纪80年代末开始起步，到2002年底，全国累计风电装机总容量达到近47万kW左右，风电场发展到32个，如表3所示。其中新疆达坂城风电场累计安装风力发电机组179台，装机容量达到7.7万kW，广东南澳风电场安装风力发电机组130台，装机容量达到5.7万kW，内蒙辉腾锡勒风电场装机容量也超过4万kW，福建的坪潭、大连横山、浙江舟山、上海崇明也都在规划建设500kW、600kW、800kW容量不等的风力发电场，为解决无电地区农牧民生产生活用电发挥了重要作用。2003年进入施工阶段和可行性研究阶段的分别达到91.6MW和223MW，我国风力发电事业将有一个更大的发展。辽宁、新疆、广东已经成为我国风力发电最多的三个省区，其他各个省区也根据当地的风资源情况大力发展风力发电事业。表3

2002年我国风电厂装机容量排序Tab.3OrderofChinesewindpowerfactorycapacityin2002

我国自主开发的200～300kW级风电机组的国产化率已超过90%；600kW机组样机的国产化率达到80%左右。我国具备了自行研制开发容量从100W到10kW的10多种小型风力发电机的能力，还开发了一批风/光、风/柴联合发电系统。1.

国外的风力发电技术的发展概况(Globalstatusofwindpowergenerationtechnology)风力发电系统的一般组成结构如图2，首先通过桨叶将风能转化为风机转动的机械能，由于风机的转速大多比较低，需要用齿轮箱将风机的转速升高到发电机的额定转速附近，再经过发电机将机械能转化为电能，电力电子变流器将发电机输出的电能转换为合适幅值或频率的电压、电流，经过并网变压器升压后接入大电网。对于目前出现的一些低转速发电机，图中的齿轮箱可以省去。系统转速、功率等运行状态的控制可以通过改变风机桨叶的节距角实现，也可通过电力电子变流器来调节发电机的电磁力矩完成。对于小型风力发电机组来说，通过电力电子变流器来调节发电机电磁力矩的方法更方便，可以省掉变桨距机构，减小系统设计制造的难度。图2风力发电系统组成结构框图Fig.2Diagramofwindpowergenerationsystem现代风力机的发展起源于1957年名为“Gedser”的200kW风力机，它的主要空气动力特性是：水平轴、三桨叶、下风式风力机。自从那时开始，许多新的设想被提出并应用于实践中，尤其1973年的石油危机更加速了这一过程的发展。七十年代末，名为“Riisager”的22kW风力机，开辟了一个新的领域，它是用并不昂贵的汽车标准零件制成的，在很多的私人庄园和农舍得到成功的应用。最近二十年的时间里，风力机的输出功率从20kW发展到2MW。风力发电技术方面也取得了很大发展：一是在风力机本身的控制技术。在过去的十四年里应用了浆距控制技术，最近失速调节技术又得到实际应用；二是在电气技术上。自从1993年开始，有些生产厂商就用同步发电机替代传统的异步发电机。三在风力发电系统中电力电子技术的进步也引出了新的控制思想──变速恒频控制。风力发电系统的两个主要部件是风力机和发电机，而风力机的变桨距功率调节技术和发电机的变速恒频发电技术是风力发电技术发展的必然趋势，另外用于变流器系统的电力电子技术直接决定了产生的电能质量，这三项技术同时也是风力发电中的关键核心技术。下面着重介绍一下这三方面技术的研究概况。一、风力机的变桨距功率调节技术a)风力机的特性曲线风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。由空气动力学特性可知，通过叶轮旋转面的风能不能全部被叶轮吸收利用，可以定义出一个风能利用系数Cp：式中：

——t时间内叶轮吸收的风能；——t时间内通过叶轮旋转面的全部风能；——单位时间内叶轮吸收且转换的机械能，即风力机的机械输出功率；——单位时间内通过叶轮扫掠面的风能，即风力机的输入功率。对一台实际的风力机，其捕获风能转变为机械输出功率的表达式为：式中：——空气密度(kg/m3)；A——叶轮的扫掠面积(m2)；D——叶轮的直径(m)。系数，反映了风力机吸收利用风能的效率，是一个与风速、叶轮转速、叶轮直径均有关系的量。风力机的特性通常用风能利用系数（叶尖速比）曲线来表示，如图3所示。图3风力机的特性曲线Fig.3Curveofwindturbinecharacteristic不同浆距角时，风能利用系数对应的叶尖速比不同。叶尖速比：式中：——为叶轮半径(m)；——风力机的机械转速(rad/s)；——作用于风力机的迎面风速(m/s)。对于同一，风力机可能有两个运行点，它们分别对应于风力机的高风速运行区和低风速运行区。当风速变化时风力机的运行点将要发生变化。风力机的整体设计和相应的运行控制策略应尽可能追求最大，从而增加其输出功率。然而实际应用中输出功率的提高却受到两方面的限制：一方面是电气回路中元器件的功率限制；另一方面是机械传动系统结构部件存在转速上限。因此风机存在三个典型运行状态：保证恒定，控制风力机转速（维持不变）直到转速达到极限；风力机以恒定速度运行，通过调节风力机可使具有较大数值，直到最大输出功率；当风速过大，输出功率达到极限时风力机按恒定功率控制，使输出功率限制在额定值附近。b)风力机的功率调节功率调节是风力机的关键技术之一，目前投入运行的机组主要有两类功率调节方式：一类是定浆距失速控制；另一类是变浆距控制。(1)定浆距失速控制风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性，称为定浆距风力发电机组。这种机组的输出功率随风速的变化而变化，从的关系看，难以保证在额定风速之前最大，特别是在低风速段。这种机组通常设计有两个不同功率、不同极对数的异步发电机。大功率高转速的发电机工作于高风速区，小功率低转速的发电机工作于低风速区，由此来调整，追求最佳。当风速超过额定风速时，通过叶片的失速或偏航控制降低，从而维持功率恒定。实际上难以做到功率恒定，通常有些下降。(2)变浆距控制为了尽可能提高风力机风能转换效率和保证风力机输出功率平稳，风力机将进行浆距调整。在定浆距基础上加装浆距调节环节，称为变浆距风力机组。变浆距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动特性，它要依靠与叶片攻角（气流方向与叶片横截面的弦的夹角）的改变来进行调节。在额定风速以下时攻角处于零度附近，此时，叶片角度受控制环节精度的影响，变化范围很小，可看作等同于定浆距风机。在额定风速以上时，变浆距机构发挥作用，调整叶片攻角，保证发电机的输出功率在允许范围以内。变浆距风力机的起动风速较定浆距风力机低，停机时传动机械的冲击应力相对缓和。风机正常工作时，主要采用功率控制。对于功率调节速度的反应取决于风机浆距调节系统的灵敏度。在实际应用中，由于功率与风速的三次方成正比，风速的较小变化将造成风能较大的变化。风机输出功率处于不断变化中，浆距调节机构频繁动作。风机浆距调节机构对风速的反应有一定的时延，在阵风出现时，浆距调节机构来不及动作而造成风机瞬时过载，不利于风机的运行。比较来看，定浆距失速控制风力机整机机构简单，部件少，造价低，并具有较高的安全系数，利于市场竞争。但失速型叶片本身结构复杂，成型工艺难度也较大。随着功率增大，叶片加长，所承受的气动推力增大，叶片的失速动态特性不易控制，使制造更大机组受到限制。变浆距型风力机能使叶片的安装角随风速而变化，从而便风力机在各种工况下（起动、正常运转、停机）按最佳参数运行。它可以使发电机在额定风速以下的工作区段有较高的发电量，而在额定风速以上高风速区段不超载，不需要过载能力大的发电机等等。当然它的缺点是需要有一套比较复杂的变距调节结构。现在这两种功率调节方案在技术上都比过去的有很大改进，都为大、中型风力发电机组广泛采用。二、发电机的变速恒频发电技术异步发电机作为并网型发电设备的方案可分为两类：恒速恒频发电系统和变速恒频发电系统。a）恒速恒频发电系统恒速运行的风力机转速不变，而风速经常变化，因此叶尖速比不可能经常保持在最佳值，值往往与最大值相差很大，使风力机常常运行于低效状态。

图4异步电机输出功率曲线Fig.4CurveofIMoutputpower恒速恒频发电系统中，多采用笼型异步电机作为并网运行的发电机，并网后在电机机械特性曲线的稳定区内运行，如图4所示，异步发电机的转子速度高于同步转速。当风力机传给发电机的机械功率随风速而增加时，发电机的输出功率及其反转矩也相应增大。运行点发生改变。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，异步发电机进入不稳定区，产生的反转矩减小，导致转速迅速升高，引起飞车，这是十分危险的。b）变速恒频发电系统目前风力发电系统采用最多的异步发电机都属于恒速恒频发电系统，但变速恒频发电系统可以使风力机在很大风速范围内按最佳效率运行的重要优点，越来越引起人们的重视。从风力机的运行原理可知，这就要求风力机的转速正比于风速并保持一个恒定的最佳叶尖速比，从而使风力机的风能利用系数保持最大值不变，风力发电机组输出最大的功率，最大限度的利用风能，提高了风力机的运行效率。自上世纪90年代开始，国外新建的大型风力发电系统大多采用变速恒频方式，特别是兆瓦级以上大容量风电系统，因为此时最大限度捕获风能、提高发电效率的意义十分重要。可用于风力发电的变速恒频发电系统多种，如交─直─交系统、磁场调制发电机系统、交流励磁双馈发电机系统、无刷双馈发电机系统、爪极式发电机系统、开关磁阻发电机系统等，这些变速恒频发电系统有的是发电机与电力电子装置相结合实现变速恒频的，有的是通过改造发电机本身结构而实现变速恒频的。这些系统都有自己的特点，可以适用于各种不同场合。为充分利用风能，应深入研究各种变速恒频技术。下面将对各种电机系统加以简单介绍。（1）交─直─交风力发电系统这种系统中的变速恒频控制是在电机的定子电路中实现的。由于风速的不断变化，风力机和发电机也随之变速旋转，产生频率变化的电功率。发电机发出频率变化的交流电首先通过三相桥式整流器整流成直流电，再通过逆变器直流电变换为恒定电网频率的交流电。因此，变频器的容量和发电机系统的容量相同。这种系统在并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响。在此系统中可以采用的发电机有同步发电机、鼠笼型异步电机、绕线式异步电机和永磁发电机等。而在这几种发电机中，鼠笼型异步电机和永磁发电机最为常用，因为其转子结构都很简单容易制造和维护，并且没有滑环和电刷，励磁方式也比较简单，尤其是永磁同步电机不需要外部励磁。（2）磁场调制发电机系统这种变速恒频发电系统由一台专门设计的高频交流发电机和一套电力电子变换电路组成。发电机本身具有较高的旋转频率，与普通同步电机不同的是，它不用直流电励磁，而是用频率为的低频交流电励磁（即为所要求的输出频率，一般为50Hz），当频率远低于频率时，发电机三个相绕组的输出电压波形将是由频率为和的两个分量组成的调幅波，这个调幅波的包络线的频率是，包络线所包含的高频波的频率是。将三个相绕组接到一组并联桥式整流器，得到基本频率为的全波整流正弦脉动波。再通过晶闸管开关电路使这个正弦脉动波的一半反向。最后经滤波器滤去高次谐波，即可得到与发电机转速无关、频率为的恒频正弦波。输出电压的频率和相位取决于励磁电流的频率和相位，正是这一特点使得磁场调制发电机非常适合于并网风力发电系统。与前而的交─直─交系统相比，磁场调制发电机系统的特点是：①由于经桥式整流器后得到的是正弦脉动波，输入晶闸管开关电路后基本上是在波形过零点时开关换向。因而换向简单容易，换向损耗小，系统效率较高。②晶闸管开关电路输出波形中谐波分量很小，且谐波频率很高，很易滤去，因此可以得到相当好的正弦输出波形。③磁场调制发电机系统的输出频率在原理上与励磁电流频率相同，因而这种变速恒频风力发电机组与电网或柴油发电机组并联运行十分简单可靠。这种发电机系统的主要缺点与交─直─交系统类似，即电力电子变换装置处在主电路中，因而容量较大。比较适合用于容量从数十千瓦到数百千瓦的中小型风电系统。④发电机要经特殊设计，不能利用通常形式的发电机。（3）交流励磁双馈发电机系统系统如图5（d）所示，采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似。当风速变化引起发电机转速变化时，控制转子电流的频率，可使定子频率恒定。当发电机的转速小于定子旋转磁场的转速时，处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网；当时，处于超同步状态，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网，变频器的能量逆向流向；当时，处于同步状态，此时发电机作为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。因此，当发电机的转速变化时，若控制变频器励磁相应变化，即可以使定子电流频率保持恒定不变，即与电网频率保持一致，也就实现了变速恒频控制。由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一部分，因此变频器的容量仅为发电机容量的一小部分，这样变频器的成本将会大大降低。这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，减小变频器的容量外，在磁场定向矢量控制下还可实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。但交─交变频器输出特性差，6脉波、36管交─交变频器输出电压富含低次谐波，严重影响发电质量，必须进行谐波抑制。只有12脉波、72管交─交变频器结构符合励磁电源要求，但结构、控制复杂，不适合风力发电系统。目前国际上开发使用PWM整流─PWM逆变的交─直─交型变频电源，具有功率双向流动能力，结构、控制方便，是一种实用的励磁变频器。此外绕线式交流励磁发电机还有滑环和电刷带来的一些弊病，但仍然不失为一种能实现工业应用的机组。（4）无刷双馈发电机系统系统采用的发电机为无刷双馈发电机。其定子有两套极数不同的绕组，一个称为功率绕组，直接接电网；另一个称为控制绕组，通过双向变频器接电网。其转子为鼠笼型结构，取消了电刷和滑环，转子的极数应为定子两个绕组极对数之和。这种无刷双馈发电机定子的功率绕组和控制绕组的作用分别相当于有刷交流励磁双馈发电机的定子绕组和转子绕组，因此，尽管这两种发电机的运行机制有着本质的区别，但却可以通过同样的控制策略实现变速恒频控制，不再赘述。尽管这种变速恒频控制方案是在定子电路实现的，但流过定子控制绕组的功率仅为无刷双馈发电机总功率的一小部分，双向变频器的容量也仅为发电机容量的一小部分。同样，这种采用无刷双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，降低变频器的容量外，还可在矢量控制策略下实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用，同时发电机本身没有滑环和电刷，既降低了电机的成本，又提高了系统运行的可靠性。该种变速恒频风电系统现在已被工业界普遍采用。（5）爪极式发电机系统无刷爪极自励发电机与一般同步电机的区别仅在于它的励磁系统部分。其定子铁心及电枢绕组与一般同步电机基本相同。由于爪极发电机的磁路系统是一种并联磁路结构，所有各对极的磁势均来自一套共同的励磁绕组，因此与一般同步发电机相比，励磁绕组所用的材料较省，所需的励磁功率也较小。对于一台8极电机，在每极磁通及磁路磁密相同的条件下，爪极电机励磁绕组所需的铜线及其所消耗的励磁功率将不到一般同步电机的一半，故具有较高的效率。另外无刷爪极电机与永磁电机一样均系无刷结构，基本上不需要维护。与永磁发电机相比，无刷爪极发电机除了机械摩擦力矩外基本上没有什么起动阻力矩。另一个优点是具有很好的调节性能，通过调节励磁可以很方便地控制它的输出特性，并有可能使风力机实现最佳叶尖速比运行，得到最好的运行效率。这种发电机非常适合用于千瓦级的风力发电装置中。但该项技术的最大功率跟踪（MPPT）尚处在研究阶段。（6）开关磁阻发电机系统开关磁阻式风力发电系统是以开关磁阻发电机为机电能量转换核心。开关磁阻发电机为双凸极电机，定子、转子均为凸极齿槽结构，定子上设有集中绕组，转子上既无绕组也无永磁体。由此带来变换器及控制、驱动的简洁性。风力机的功率特性有其自身的特点，为了使风能捕获的效果最佳，就必须使开关磁阻发电机与风力机能够良好的配合，通过对发电系统的控制，使风力机工作在最佳功率负载线上，开关磁阻发电机本身也具有可控参数多、非线性、缺少明确的数学模型的特点。与传统的有刷直流发电机及旋转整流无刷同步发电机相比，开关磁阻发电机具有明显的容错能力强、组合起动与发电容易、适合高温（>250°C）和高速（>30000r/min）环境运行以及大容量、高效率、高功率密度运行等优点。该发电机气隙磁场和相磁链随转子位置和绕组相电流而持续、周期性变化，没有传统电机的稳定磁路工作点，而是一个动态三维磁空间。开关磁阻发电机没有独立的励磁绕组，而是与集中嵌放的定子电枢合二为一，并通过控制器分时控制实现励磁与发电，因而简化了结构，提高了可靠性。同时，该发电机相绕组间无电耦合，其容错能力大大增强。另外，开关磁阻发电机机械结构简单、坚固可靠。总之，通过以上的对比分析，可知：①如果将风力机和发电机直接耦合，省去变速箱，这样可以大大降低成本，减少维护，并且可以降低系统噪音，避免齿轮箱漏油的问题。②风力发电机位于室外高空狭小而封闭的机舱内，通风条件较差，而电机大多是密闭结构，靠外壳故热，因此要求发电机耐高温性能好，开关磁阻发电机在这方面具有得天独厚的优势。③交流励磁双馈发电机系统和无刷双馈发电机系统的变频器容量仅为系统总容量的一部分，所以这两种方案适用于大、中容量的风力发电系统，其他方案适用于小容量的风力发电系统。④交流励磁双馈发电机系统和无刷双馈发电机系统可在亚同步和超同步状态下运行，因而具有更宽的风速运行范围。⑤无刷双馈电机省去了滑环和电刷，结构简单，坚固可靠。在转子转速变化的条件下，通过控制励磁绕组的励磁电流频率来确保发电机输出电流的频率保持在50Hz不变，非常适用于风力发电系统，是当今世界风力发电的发展趋势。这几种变速恒频系统的性能对比分析见表4所示。表4几种变速恒频方案的对比分析Tab.4Severalschemeofvariable-speedconstantfrequency

三、电力电子变流器系统由发电机和电力电子器件构成的广泛应用的6种风力发电系统结构如图5所示。下面对图5中的风力发电系统结构加以简单说明。图a是二十世纪八十年代到九十年代被很多风机制造商应用的比较传统的结构，如使用鼠笼型转子的异步发电机的上风式、失速调节、三桨叶风力机就是这种结构。在八十年代这种结构被扩展，为补偿无功功率使用了电容器组，为平滑并网使用了电机软起动器。图b是用全程范围或“低风速区域”大小的变频器代替了图a中的电容器组和电机软起动器。“低风速区域”大小的变频器的功率仅为发电机额定功率的20-30％，而全程范围的变频器功率大约为发电机额定功率的120％，但它能使风力发电机在所有风速下变速运行。图c这种结构是二十世纪九十年代中期，Vestas风力机厂生产的名为“Optislip”风力机所采用的结构。这种结构的基本思想是利用电力电子变换器改变外部的转子电阻，来改变总的转子电阻，从而使转差率有10％的变化范围。控制了转差率也就控制了系统的输出功率。图d这种结构使用双馈异步发电机，用变频器直接控制转子绕组里的电流。用功率为发电机额定功率的20-30％电力电子变换器，即可控制整个的发电机输出功率。有两个原因促使这种结构得到广泛应用：1）较图c的结构有更宽的调速范围；2）较全功率变换器更经济。图e这种个功率控制结构的典型应用是在航海船只上作为电源。无齿轮箱，通过两个或三个叶片的上风式风力机与永磁发电机相连，发出的电能经整流器给蓄电池充电。这种结构的风力机也可以应用于家庭风电系统或混合风电系统，这时风力机一般大于1kW小于20kW。ABB公司在2000年利用这种结构提出一个新的设想：用多极3.5MW永磁发电机发出电能后经二极管整流器产生21kV直流电，然后经高压直流输电并入电网。因此可以这种结构将是世界风力发电的发展的另一个趋势。

鼠笼型转子异步电机：（a）

（b）绕线型转子异步电机：（对应内反馈调速）（对应串级调速）

绕线型转子同步电机：图5广泛应用的风力发电系统结构图Fig.5Appliedwidelydiagramofwindpowergenerationsystem图f这种结构使用多极的绕线式同步发电机。由于它使用的是多极发电机，所以它不需要齿轮箱。它是通过整流器从电机外部来励磁的。与前几种结构相比。这种结构吸引力不大是由于三种原因：1）需要励磁电路；2）需要滑环；3）风力机更加复杂的保护策略。目前，电力电子变流装置很多，表5列出应用于风力发电的六种典型电气拓扑的发展现状。表5几种典型变流器拓扑结构的技术现状Tab.5Technologystatusofseveraltypicalconverter

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中国风力发电技术的研究发展现状(Domesticstatusofwindpowergenerationtechnology)风能作为一种绿色能源，日益受到专家学者的重视。同时，风力发电技术也逐渐成为科研人员研究的热点。风力发电的过程就是风能经由机械能转换为电能的过程，其中风力发电机及其控制系统负责将机械能转换为电能，这一部分是整个系统的核心，直接影响着整个系统的性能、效率和电能质量，也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。因此，研制适用于风电转换的高可靠性、高效率、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发电技术的研究重点。目前国内对风力发电技术研究较深入的单位有北京交通大学、沈阳工业大学、南京航空航天大学、中国科学院电工研究所、哈尔滨工业大学、浙江大学、新疆大学、华东交通大学等。目前，在政府政策及资金支持和生产厂家的不断努力下，目前，国产大中型风力机组的研制取得了长足的进展，200kW、600kW风力机国产化工作取得很好效果，金风公司生产的风力发电机组的国产化率已经达到96%，商品化能力也得到了很大的提高，虽然在一些关键部件和技术上依然依靠进口，但由于价格低、售后维修方便等优势，已经初步在国内市场具有和国外大型风力发电设备生产厂商竞争的能力。虽然国产大型风力发电设备生产刚刚发展和起步，还无法占据国内市场的较大分额，但目前在我国新装机容量中已经占有较大比重，在2002年新增的风力机装机容量中，国产比例已经达到42.6%，如表6所示，仅金风和西安维德两公司占据的市场份额就达到了36.7％。我国风力机制造业刚刚起步，从占领国内市场到走向国际市场还需要更多的努力，掌握更多的核心和关键技术。表7列出了我国风力机总装机各制造厂商的市场份额排序。因此我国的风力发电技术还有很长一段路要走。表62002年我国风力机新增装机各制造厂商市场份额排序Tab.6Marketshareofwindturbinefactoryinnewincreasein2002

表7目前我国风力机总装机各制造厂商市场份额排序Tab.6Marketshareofwindturbinefacto