【正文】 動技術和磁懸浮技術，可克服永磁風力發(fā)電機輸出特性偏軟的缺點。由于此種發(fā)電機極對數(shù)較多，且操作上同時具有同步電機和永磁電機的特點，因此適合于采用發(fā)電機與風輪直接相連、無傳動機構的并網(wǎng)形式。當電機轉子被風能驅動旋轉時， 定子與轉子產(chǎn)生相對運動，在繞組中產(chǎn)生感應電流。此種電機不但具有直流發(fā)電機電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點，也具有永磁同步發(fā)電機壽命長，效率高的優(yōu)點，適合在小型風力發(fā)電系統(tǒng)中應用。 圖 5 開關磁阻電機發(fā)電系統(tǒng)結構圖 無刷雙饋異步發(fā)電機 其基本原理與有刷雙饋異步發(fā)電機相同，主要區(qū)別是取消了電刷，此種電機彌補了標準型雙饋電機的不足，兼有籠型、繞線型異步電機和電勵磁同步電機的風力發(fā)電技術綜述 8 共同優(yōu)點，功率因數(shù)和運行速度可以 調節(jié)，因此適合于變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，其缺點是增加了電機的體積和成本。作電動機運行時，勵磁電流產(chǎn)生的旋轉磁場使轉子動作，改變相繞組通電順序，電機可處于連續(xù)運動的工作狀態(tài) ；作發(fā)電機運行時，電機的各個物理量隨著轉子位置的變化作周期性變化，當電機相電感隨轉子位置變化減小時，給相繞組通以勵磁電流，則在定子側發(fā)生電磁感應，將機械能轉化為電能。 圖 4 同步發(fā)電機的系統(tǒng)結構圖 新型風力發(fā)電機 開關磁阻發(fā)電機 開關磁阻發(fā)電機具有結構簡單、能量密度高、過載能力強、動靜態(tài)性能好、可靠性和效率高的特點。通過控制功率變換器的超前、滯后電流來控制整個機組的無功功率及有功功率輸出。變換器與發(fā)電機定子相連，電壓源型逆變器的直流側提供電機轉子繞組的激勵電流。此種發(fā)電機極數(shù)很多，轉速較低，徑向尺寸較大，軸向尺寸較小，可工作在起動力矩大、頻繁起動及換向的場合，并且當與電子功率變換器相連時可以實現(xiàn)變速操作，因此適用于風力發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)結構如圖 3所示。 風力發(fā)電技術綜述 6 圖 2 繞線式異步發(fā)電機的系統(tǒng)結構圖 有刷雙饋異步發(fā)電機 為了降低異步發(fā)電機并網(wǎng)運行中功率變換器的功率，雙饋異步發(fā)電機被廣泛應用于風力發(fā)電系統(tǒng)中，通過控制轉差頻率可實現(xiàn)發(fā)電機的雙饋調速。 圖 1 籠型異步發(fā)電機系統(tǒng)的結構圖 繞線式異步發(fā)電機 繞線式異步發(fā)電機由電機轉子外接可變電阻組成，其工作原理是通過電力電子裝置調整轉子回路的電阻，從而調節(jié)發(fā)電機的轉差率，發(fā)電機的轉差率可增大至 10%，能實現(xiàn)有限變速運行，提高輸出功率，同時采用變槳距調節(jié)和轉子電流控制，可以提高動態(tài)性能，維持輸出功率穩(wěn)定，減小陣風對電網(wǎng)的擾動。其工作原理是利用電容器進行無功補償，在高于同步轉速附近作恒速運行，采用定槳 距失速或主動失速槳葉，單速或雙速發(fā)電機運行。系統(tǒng)結構如圖 1所示。 本文分析比較了各種風力發(fā)電機的優(yōu)缺點，介紹了相關風力發(fā)電控制技術，闡述了具有魯棒性的非線性智能控制方法在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用，最后對未來風力發(fā)電機和風力發(fā)電控制技術作了展望。 風力發(fā)電技術綜述 4 發(fā)電機是風力發(fā)電機組中將風能轉化為電能的重要裝置，它不僅直接影響輸出電能的質量和效率，也影響整個風電轉換系統(tǒng)的性能和裝置結構的復雜性。德國、西班牙、丹麥、美國等歐美國家在風力發(fā)電理論與技術研發(fā)方面起步較早，因而目前處于世界領先地位。 本 文的主要 內容 在能源短缺和環(huán)境趨向惡化的今天，風能作為一種可再生清潔能源，日益為世界各國所重視和開發(fā)。 600kW 機組的技術通過多種方式引進，其中之一是支付技術轉讓費，購進全套制造技術，再經(jīng)自主開發(fā)逐步 完善，提供商業(yè)化產(chǎn)品。 20 世紀 80 年代，我國陸續(xù)研制過幾種并網(wǎng)型風電機組，額定功率分別是 1 55 和 200kW。 中國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，對能源的需求增長很快，常規(guī)能源的供應及其帶來的環(huán)境問題日益突出，風電隨著技術的發(fā)展和批量的增大 ，成本將會繼續(xù)下降，必然成為重要的清潔電源。 1986 年 4 月，中國第一個風電場在山東榮 城并網(wǎng)發(fā)電，三臺 55kW 機組是由航空部和山東省由丹麥引進的，同年 10 月作為國際科技合作項目，利用比利時政府贈送的四臺 200kW 機組建成平潭示范風電場。經(jīng)過初期發(fā)展、單機分散研制、示范應用、重點攻關、實用推廣、系列化和標準化幾個階段的發(fā)展，無論在科學研究、設計制造，還 是試驗、示范、應用推廣等方面均有了長足的進步和很大的提高，并取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，特別是在解決常規(guī)電網(wǎng)外無電地區(qū)農(nóng)、牧、漁民用電方面走在世界的前列，生產(chǎn)能力、保有量風力發(fā)電技術綜述 3 和年產(chǎn)量都居世界第一。其中，德國、美國、丹麥、印度和西班牙 5 個國家的風電裝機容量之和超過了世界風電總裝機容量的 83％。世界范圍內，風電發(fā)展很不平衡。 20 世紀 70 年代到 80 年代中期，美國、英國和德國等國政府投入巨資開發(fā)單機容量 1000kW 以上的風電機組，承擔課題的都是著名大企業(yè)，如美國波音公司研制了2500kW 和 3200kW 的機組，風輪直徑約為 100m,塔高為 80m，安裝在夏威夷的瓦胡島；英國的宇航公司和德國 MAN 公司 分別研制了 3000kW 的機組，所有這些巨型機組都未能正常運行，因其發(fā)生故障后維修非常困難，經(jīng)費也難以維持，沒有能夠發(fā)展成商業(yè)機組，未能形成一個適應市場需求的風電機組制造產(chǎn)業(yè)。美國在 20 世紀 30 年代還有許多電網(wǎng)未通達的地區(qū)，獨立運行的小型風電機組在實現(xiàn)農(nóng)村電氣化方面起了很大作用，當時的機組多采用木制葉片、固定輪轂和側偏尾舵調速，單機容量的范圍為 ~3kW。 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 國外 風力發(fā)電 發(fā)展 現(xiàn)狀 19 世紀末，丹麥首先開始探索風力發(fā)電，研制出風力發(fā)電機組。此外。 隨著科學技術的進步、人類活動范圍的增大以及生產(chǎn)、生活方式的改變，風能的非發(fā)電利用領域有可能比過去更加廣泛。這意味著只要這些能源消耗 來源于化石燃料，就會產(chǎn)生排放。 風能是一種環(huán)境友好的能源，但也不是沒有一點排放。 從近期來看，風力發(fā)電的價值在于可以提供一種可替代能源，從長遠來看，則可以與其它可再生能源一道為人類提供可持續(xù)發(fā)展的能源基礎。機組單機容量范圍在 200~2500kW 之間，既可以單獨并網(wǎng)，也可以由多臺，甚至成百上千臺組成風力發(fā)電場，簡稱風電場。一類是獨立運行供電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達的偏遠地區(qū)，用小型風電機組為蓄電池充電，再通過逆變器轉換成交流電向終端電器供電，單機容量一般為 100W~10KW；或者采用中型風電機組與柴油發(fā)電機或太陽光電池組成混合供電系統(tǒng)，系統(tǒng)的容量約為 10~200KW，可解決小的社區(qū)用電問題 。在風電機組輸出達到額定功率之前，其功率與風速的立方成正比，即風速增加 1 倍，輸出功率增加 8 倍，可見風力發(fā)電的效率與當?shù)氐娘L速關系極大。在理 論上，最好的風輪只能將約的風能轉換為機械能。風輪是風電機組最主要的部件，