风力发电电控制技术的国内外研究现状

第一篇：风力发电电控制技术的国内外研究现状

风力发电电控制技术的国内外研究现状

发布者：德明太阳能控制器 发布时间：2011-3-9 9:15:30 阅读：212次 【字体：大 中

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国内外风力发电的控制技术按功率调节方式大体上可分为以下两类l川:

第一类是定桨距失速控制的恒速恒频(}SCF]发电方式。这种机组的输出功率随风 速的变化而变化，系统通过一定的调节，保持风力机转速恒定，从而实现发电频率的恒 定。但当风速变化时风力机偏离其与最大风能相对应的最佳速度，导致风力资源浪费，发电效率下降。定桨距风机技术是丹麦风电技术的核心。它主要利用桨叶翼形的失速特 性，在高于额定风速时，达到失速条件后，桨叶表面产生涡流，效率降低，达到限制功 率的目的。定桨距机型优点是调节和控制简单。缺点在于对叶片、轮载、塔架等主要部 件受力增大，而且风力超过额定风速后风机出力反而下降。

第二类是变桨距调节控制的变速恒频仅scF)发电系统。在定桨距基础上加装桨距调 节环节，称为变桨距风力机组。其特点是:通过适当的控制，根据风速的变化调节风力机 的转速，实现各种风速下最大风能捕获。使风力机的叶尖速比达到或接近最佳值，而不 影响输出电能的频率，从而最大限度的利用风能。变桨距风机在风速高于额定风速时，通过调节桨距角的变化，减少吸收的风能，从而使风电机输出的有功保持稳定，这体现 了变桨距风机的优势.但变桨距风机也有缺点:制造成本高，结构复杂，不像定桨距风 机那样易于维护。

恒速恒频风电机组在额定转速附近运行，滑差变化范围较小，从而发电输出频率变 化也较小，所以称为恒速恒频风力发电机组。

恒速恒频风电机组运行中会从电网中吸收无功电流建立磁场，导致电网功率因数变 差，因此，一般在风机出口处装设可投切的并联电容器组提供非连续可变的无功补偿，采用可控硅软并网技术将起动电流限制在额定电流的1i2 } } f倍之内以防止并网失败，还采用气动刹车技术、偏航和自动解缆等技术解决凡力发电机组并网运行的可靠性问 题。

近年来，大规模电力电子技术日趋成熟，变速恒频风力发电机组己成为风力发电设 备的主要选择方向之一。变速恒频机组可以实现转子机械角速度和电网频率的解耦，主 要有两种类型，即直接驱动的同步发电机和双馈感应发电机。

第二篇：风力发电技术

风力发电技术和风能利用方式

1973年发生石油危机以后，西方发达国家为寻求替代石化燃料的能源，在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力和资金，充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开创了风能利用的新时期。

德国、美国、丹麦等国开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台和多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率和可靠性。

风电场是大规模利用风能的有效方式，20世纪80年代初在美国加利福尼亚州兴起。而海岸线附近的海域风能资源丰富，风力强，风速均匀，可大面积采获能量，适合大规模开发风电。然而在海上建造难度也大：巨大的基座必须固定入海底30m深度，才能使装置经受得住狂风恶浪的冲击；水下的驱动装置和电子部件必须得能防止高盐度海水的腐蚀；与陆地连接还得需要几公里长的海底电缆。

2.2风电装机容量

德国的风力发电装机容量已达610.7万kW，占德国发电装机容量的33%，居世界第1位。西班牙风电装机容量283.6万kW，居世界第2位。美国风力发电装机容量已达261万kW，居世界第3位。丹麦风电技术也很先进，装机容量234.1万kW。印度风电增长很快，到2000年累积装机容量已达到122万kW。日本的风电装机容量46万kW，运行较稳定的是海岸线或岛上的风力发电站，已达576台风电设备。

2.3各国的风力发电政策

目前风电机组成本仍比较高，但随着生产批量的增大和技术的进一步改进，成本将会继续下降(见表1)。许多国家建立了众多的中型和大型风力发电场，并形成了一整套有关风力发电场的规划方法、运行管理和维护方式、投融资方式、国家扶持的优惠政策及规范、法规等。

表1世界风电装机容量（万kW）和发电成本（美分/kW·h）

年份******97199819992000

容量******1393184

5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8

数据来源：丹麦BTM咨询公司

欧洲发展风电的动力主要来自于改善环境的压力，将风电的发展作为减少二氧化碳等气体排放的措施。德国、丹麦、西班牙等国都制定了比较高的风电收购电价，保持了稳定高速的增长，1996年以后年增长率超过30%，使风电成为发展最快的清洁电能。丹麦风电技术的发展策略是政府不直接支持制造厂商，而是对购买风电机组的用户提供补贴。英国的《可再生能源责任法规》要求到2010年，每个电力供应商必须使可再生能源的电力供应量达到总电量的10%。

美国政府为鼓励开发可再生能源，在20世纪80年代初出台了一系列优惠政策。联邦政府和加利福尼亚州政府对可再生能源的投资者分别减免了25%的税赋，规定有效期到198

5年底，另外立法还规定电力公司必须得收购风电，并且价格应是长期稳定的。这些政策吸引了大量的资金采购风电机组，使刚刚建立起来的丹麦风电机组制造业获得了大批量生产和改进质量的机会。到1986年这3个风电场的总装机容量达到160万kW。2002年美国德州的风电容量为118万kW。德州政府规定，到2009年可再生能源的发电容量至少应达到200万kW，并拟订了110.4万kW的风电建设计划。

印度是一个缺电的发展中国家，政府制定了许多鼓励风电的政策，如投资风电的企业，可将风电的电量储蓄，在电网拉闸限电时，使有储蓄的企业能够得到优先供电。

澳大利亚的发电能源主要依靠煤炭。政府为改善电能结构，制定了一项强制性的可再生能源发电计划，太阳能——风力电站将成为可再生能源利用的重要组成部分。

3我国风力发电的开发现况

我国拥有丰富的风能资源，若采用10m高度的风速测算，陆地风能资源理论储量为32.26亿kW，可开发的风能资源储量为2.53亿kW。我国近海风能资源约为陆地的3倍，由此可算出我国可开发的风能资源约为10亿kW。

风能资源富集区主要在西北、华北北部、东北及东南沿海地区。20世纪70年代末80年代初，我国通过自主开发研制，额定容量低于10kW小型风力发电机实现了批量生产，在解决居住分散的农牧民和岛屿居民的用电方面有着重要意义。在国家有关部委的支持下，额定功率为200、250、300、600 kW的风力发电机组已研制出来，并在全国11个省区建立了27个风电场，浙江、福建、广东沿海及新疆、内蒙古自治区都有较大功率的风力发电场。东部沿海有丰富的风能资源，距离电力负荷中心又近，海上风电场将成为新兴的能源基地。国家计委在20世纪90年代中期制定了“光明工程”和“乘风计划”, 1997年当年装机超过10万kW，到2001年底总装机容量约40万kW。

我国风电技术还处于发展初期，较欧美落后，关键原材料或零部件主要依靠进口。风电机组是风电场的核心设备，主要依靠进口机组，在风电场的建设投资中是主要部分，占总投资的60%～80%。为鼓励风电的开发，我国对300kW以上机组免征进口税。风电随着技术的发展和批量生产，成本会继续下降。

第三篇：国内外风力发电技术趋势

国内外风力发电技术趋势

1.风力发电新技术

地球上风力资源蕴藏量很大，是一种既清洁又廉价的再生资源。世界气象组织（WMO）估计地球上海洋和陆地的风能源约为200亿kW，其中陆地约占一半。在全球范围内能源短缺和生态环境日益恶化的今天，各国对风能的开发利用越来越重视。许多国家把风电建设作为重要的能源政策。目前有些发达国家成功地使每千瓦风电投资接近火电投资，并将进一步降低发电成本。风电工业将在全世界有较大的发展前景。我国有丰富的风力资源。国家发改委和国家科委共同制定的“1996—2010年中国新能源和可再生能源发展纲要”及“新能源可再生能源优先发展项目”也体现出风力发电是我国可再生能源的发展方向，它可改善我国能源工业面临的经济增长和环境保护的双重压力。

绿色能源中，风能不仅储量大，可利用率高，而且便于大规模开发。1990年以来，全球风力发电设备总装机容量增长了15%，年平均增长率达到20%。截至2001年底，全世界风力发电装机容量已达24100MW。已运行机组的最大单机容量已达5MW。我国可开发利用的风能资源陆地为2.53亿kW，近海7.5亿kW，合计10.03亿kW，仅次于前苏联和美国。近年来，我国风力发电装机容量增加较快，2003年达567MW。按照国家发展规划，我国风电装机容量到2005年将达1000MW；2010年将达4000MW；2015年将达10000MW；2020年将达到20000MW。目前我国新建和在建的风电场的机组基本上是由丹麦、德国等国提供成套设备或引进技术和部件在国内制造组装。

在风力发电中，当风力发电机与电网并联运行时，要求风电的频率与电网频率保持一致，即频率保持恒定。恒速恒频指在风力发电过程中，保持发电机转速不变，从而得到恒频的电能；变速恒频指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化，而通过其他控制方式来得到恒频电能。

当风速在一定范围变化时，若允许风力机做变速运行，则能达到更好利用风能的目的。这是由于风力机的输出功率系数Cp在某一确定的尖速比（叶轮尖的线速与风速的比值）TSR（tip speed ratio）下达到最大值。恒速恒频的风力机转速保持不变，而风速又经常变化，显然Cp不可能保持在最大值。变速恒频风力发电系统的特点是风力机和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率。由于风力机的转速可变，可以通过适当的控制，使风力机的尖速比处于或接近于最佳值，从而最大限度的利用风能。

为充分利用风能电源，风力发电系统应采用变速恒频控制策略。4种变速恒频控制方案的性能对比见下表，通过以上的对比分析可知：（1）方案一和方案囚的风力发电系统，其变频器的容量与系统容量相同，因此一般适用于小容量的风力发电系统。（2）对于大、中容量的风力发电系统，适于采用方案二或方案三，因为变频器的容量仅为系统总容量的一小部分。（3）方案二和方案三的风力发电系统，皆可在亚同步和超同步状态下运行，具有更宽的转速运行范围。（4）方案一、三和四的风力发电系统，所采用的发电机转子结构无电刷和滑环，坚固耐用，具有较高的可靠性。（5）若采用直接驱动方案，无需增速齿轮箱，则可降低系统运行噪声，进一步提高可靠性。实际上，直接驱动和变速恒频是风力发电的两个重要发展方向。

3.国内风力发电情况

3.1沈阳工业大学风能技术研究所

该所承担的一项国家“863”计划课题，一台兆瓦级风力发电机将矗立在康平县的一风口处。有关专家(所长姚兴佳教授)称，这台兆瓦级风力发电机底径4米,白色锥形塔柱高达60米，在顶部安装机仓和叶轮，叶片直径长达62米，这样，整机距地面垂直高度达90米。2001年，在国家科技部举行的兆瓦级风力发电机招标上，沈阳工业大学风能技术研究所提出的这个设计方案头榜中标，获得1500万元的研制经费。目前该所正在组织相关企业进行安装。我国对大型并网型风电机组的研究工作始于80年代，并相继研制出了20千瓦到600千瓦的风力发电机组。但相当或更大容量的、当前在中国风电场的主流机组，基本上都是从国外引进的，国内目前还没有一台兆瓦级风电机组。

3.2兰州电机厂 与清华大学合作研制开发双馈绕线型三相异步风力发电机及励磁控制系统。可向风电场

整机成套单位提供750—2000kW电机及励磁系统的成套产品。

3.3为国家“863”项目生产的国内首台双馈绕线型三相异步风力发电机（YRFF500-41000kW 690V）

已制造完成，并通过地面模拟试验。

双馈绕线型三相异步风力发电机主要适用于风电场的并网发电机组。1

第四篇：风力发电技术综述

风力发电技术综述

摘要：风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源，风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统，它直接关系到风力发电的性能与效率。它主要对风力发电的发展现状和前景、风电系统的控制技术、风力发电机及其风电系统和风力发电中的关键技术作了简单的介绍。

关键词：风力发电；控制技术；并网技术；低电压穿越

引言

在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭的双重压力下，对新能源的研究和利用已成为全球各国关注的焦点。风能作为一种可再生的清洁能源，受世界各国的重视程度越来越高，也越来越多的被应用到风力发电中。除水力发电技术外，风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。由于它可以在改善生态环境、优化能源结构、促进社会经济可持续发展等方面有非常突出的作用，目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。

1.国内外风力发电的现状和前景

1.1 国外风力发电发展现状世纪80 ～90 年代，风力发电技术得到了飞速的发展并且逐渐成熟。风力发电凭借它自身的优点，已经延伸到了电网难以达到的地方，给他们带来了很多方便。据全球风能理事会(GWEC)发布的全球风电市场装机数据显示，全球风电产业 2011 年新增风电装机容量达四万一千兆瓦。这一新增容量使全球累计风电装机达到二十三万八千兆瓦。这一数据表明全球累计装机实现了两成多的年增长，新增装机增长达到6%。到目前为止，全球七十多个国家有商业运营的风电装机，其中二十二个国家的装机容量超过 1GW。据估计到 2030 年，欧洲风电装机可达三百亿瓦，可满足欧洲百分之二十的电力需求。

1.2国内风力发电发展现状

我国风力资源储量丰富，分布广泛。陆上可开发的储量为2.53亿kW，海上可开发的储量为7.5亿kW。“大规模、高集中开发，远距离和高电压输送”是我国风电发展的重要特征。近年来，我国风电发展迅猛，2006～2010 年风电总装机容量从260万kW增长到4 182.7万kW，2010年新增风电装机1 600万kW，累计装机容量和新增装机容量均居世界第一。预计2020年我国风电累计装机可以达到2.3亿kW。这意味着未来十年中，风电总装机容量

平均每年需新增1 800万kW。预计每年需新增机组及其配套变流器约9 000台。

2.风电系统的控制技术

风力发电系统的运行方式有三种：独立型、并网型和联合型。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。

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，用来实现风能与电能的能量转换。风力发电的关键问题是风力机和发电机的功率和速度控制。

风电机组中将风能转换成机械能的能量转换装置是风力机，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、变桨距和主动失速 3 种。

风电机组中的发电机将机械能转化为电能，发电机在并入电网时必须输出恒定频率(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速两类，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变化交流电转换为与电网频率相同、能与电网柔性连接的交流电，并且能实现最大风能跟踪控制。按照拓扑结构的不同，变频器可分为交-交型、交-直-交型和矩阵型三种；按照变频器容量的不同可将变频器分为部分容量和全部容量(全额)两种。

变速传动装置可将风轮的低转速转换为发电机的较高转速，按传动链类型将其分为齿轮箱驱动和直接驱动两种，其中前者包括单级和多级两种齿轮箱驱动。

3.风力发电机及其风电系统

实现恒速或变速风力发电系统有许多种方案，所选发电机的类型主要取决于风电系统的形式。

传统的恒速/变速风电系统共有四种：基于SCIG 的恒速风电系统[1]、基于WRIG 的受限变速风电系统[2]、基于ESC-SCIG 的变速风电系统[3]和基于MMG 的变速风电系统[4]。

现代风电系统一般采用变速恒频技术，这种技术通过变流装置或改造发电机结构来实现。现代变速恒频风电系统共有六种：基于SCIG 的风电系统[5]、基于DFIG 的风电系统[6]、基于直驱式EESG 的风电系统[7]、基于直驱式PMSG 的风电系统[8]、基于半直驱PMSG 的风电系统[9]和基于PMBDCG 的风电系统[10]。

近年来，一些具有商业化潜力的新型风力发电机及其风力发电系统不断涌现。新型变速恒频风电系统主要有以下八种：基于 SRG 的风电系统[11]、基于 BDFIG 的风电系统[12]、基于CPG 的风电系统[13]、基于HVG 的风电系统[14]、基于DWIG 的风电系统[15]、基于

TFPMG 的风电系统[16]、基于DSPMG 的风电系统[17]和基于EVT 的风电系统[18]。

4.风力发电中的关键技术

4.1并网技术的研究和最大风能的捕获

并网技术是通过对全功率电力变换器的控制算法来实现控制目的。并网控制方面，文献

[19]提出了直流侧并网的新方法。在直流电容与 DC/AC 之间安装并网开关。并网前并网开关断开，DC/AC 通过限流电阻对电容进行充电，此时发电机在风力机的带动下转速从 0 上升。当电容充电达到交流电网线电压幅值时闭合并网开关，同步风力发电机并网。正常情况下，发电机转速从低到高逐渐上升，并在某一转速下并入电网。当由于某种原因，发电机在高转速下脱网需要重新并网，由于此时电容已经充电且直流母线电压高于网侧交流线电压幅值，因此只要将并网开关闭合就可实现并网。

直驱式永磁同步风力发电机经电力电子变换器并入电网以后的控制目标是风速小于额定风速时实现最大风能捕获，风速超过额定风速时使系统以额定功率输出[20]。

最大风能捕获的目的就是通过适当的控制，使风力机转速随风速变化，始终沿着最佳功率曲线运行，从而使风能转化最大化。最大风能追踪可以有变桨距调节，也可以通过调节发电机功率来调节转速以保持最佳叶尖速比实现。出于可行性、经济性和可靠性的考虑，当前使用的主要是通过控制发电机输出功率以调节其电磁功率，进而调节发电机转速。

具体实现时，在发电机有功和无功功率解耦控制的基础上，根据有功功率给定的提取方法的不同，又有有速度传感器和无速度传感器的控制方法之分。有速度传感器的控制方法是根据风力机最佳功率曲线和风力机转速实时计算发电机输出功率给定。而无速度传感器的控制方法又有扰动法[21,22,23]、参数估计法、查表法和人工在智能法几类。

4.2低电压穿越的研究

电网电压跌落时，由于受变流器通流能力的限制，网侧逆变器注入电网功率减小。而此刻机侧整流器的功率并没有改变，造成直流侧的过电压。如果维持直流侧电压稳定，则必然造成逆变器过电流。过电压和过电流都将导致电力电子器件的损坏，为了保护变流器不被损坏，风力发电机组将在电压跌落时退出运行。电网穿透率小时，风力发电机组在电压跌落时退出运行还是可以接受的。

然而，随着风力发电规模的不断扩大，若风电机组在电压跌落时仍然采取被动保护式脱网，则会增加整个系统的恢复难度，甚至使故障更加严重，最终导致系统其他机组全部解列。目前在风力发电技术发展领先的一些国家，如丹麦、德国等已相继制定了新的电网运

行准则, 定量给出了风电系统离网的条件（如最低电压跌落深度和跌落持续时间），只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力机脱网，当电压在凹陷部分时,发电机应提供无功功率。这就要求风电系统具有较强的低电压穿越能力，能方便地为电网提供无功支持。因此必须研究低电压穿越的措施，实现电网电压跌落时风力发电机不脱网运行。

文献[24]通过在逆变器交流侧加装无功补偿装置和低通滤波器来应对电网电压不对称跌落对系统所造成的影响，使逆变器只能感受到电网的正序电压，保持其对称工作状态，从而实现低电压穿越；文献[25-28]通过直流侧加卸荷负载以消除电压跌落时直流侧的功率拥堵，避免直流侧的过电压和逆变器的过电流，实现低电压穿越。这些方法都要增加专门的元件，降低了系统的可靠性和经济性，使控制变得复杂。

结论

风电作为我国今后大力重点发展的 3 类新能源之一，在今后将具有广阔的发展和应用前景，风力发电在摆脱对化石能源的过度依赖、缓解中国能源紧缺、改善生态环境和扩大社会效益等方面将做出较大的贡献。本文对风力发电的发展状况，如传统的恒速/变速风电系统、现代变速恒频风电系统和新型变速恒频风电系统进行了简单介绍。随着风电技术的不断变革以及机组制造工艺的持续改进，将来风力发电的竞争力必定逐渐提升，其发展前景广阔。

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第五篇：风力发电的研究

网络教育学院

《新能源发电》课 程 设 计

题目：风力发电技术

学习中心：河南许昌奥鹏学习中心【14】层次：专升本

专业：电气工程及其自动化

年级：2011年秋 季

学号：20110804076

3学生：陈懿凡

辅导教师：康永红

完成日期：2013 年08月30日

一、风力发电的现状

能源、环境问题是当今人类生存和发展所面临的关键问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，不仅资源有限，而且会造成严重的环境污染。因此，对可再生能源的开发与利用，已受到世界各国的高度重视。“开发与利用可再生能源，改善能源结构，减排温室气体，保护环境”已成为世界共识。一场世界性的开发与利用新能源的浪潮已经到来。新能源与可再生能源包括水能、太阳能、风能、地热能和海洋能等，它们在消耗之后还可以得到恢复和补充，不会污染环境。其中，人类对风能的利用已有上千年的历史。地球上可利用的风能为106MW，是可利用的水能的10 倍以上。在可再生能源中，风能是一种非常可观的、有前途的能源。风力发电（简称风电）作为一种绿色电力，受到人们广泛的关注。它具有资源蕴藏量巨大、可再生、无污染、占地少、周期短等优点，但是风电也存在着风能利用率低以及具有随机性、不稳定和分布不均匀性等缺陷。

1.国外风力发电发展现状

2012 年新增风电装机容量最多的10 个国家占世界风电装机的87%。与2007 年相比，美国保持第1 名，中国超过西班牙从第3 名上升到第2 名，印度超过德国和西班牙从第5名升至第3 名，前3 名的国家合计新增装机容量占全世界的60%。

根据世界风能协会的统计，2012 年全世界风电装机容量新增约2726 万kW，增长率约为29%。累计达到1.21 亿kW，增长率为42%，突破1 亿kW 大关。风电总量为2600 亿kWh，占全世界总电量的比例从2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。

尽管风电的发展仍然存在着很多困难，如电网适应能力、风能资源、海上风电发展等，但相比于常规能源，经济性优势逐步凸显，世界各国都对风电发展充满了信心。例如，欧美都公布了2030 年风电满足20%甚至更多电力需求的宏大目标，这也为全球风电的长期发展定下了基调。从国际能源署（IEA）2012 年颁布的《2050 年能源技术情景》判断，2012-2050年，全球风电平均每年增加7000 万千瓦，风电将成为一个庞大的新兴电力市场。

2.国内风力发电发展现状

我国是世界上风力资源占有率最高的国家之一，同时也是世界上最早利用风能的国家之一。据资料统计，我国10 m 高度层风能资源总量为3226GW，其

中陆上可开采风能总量为253GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源约为1000GW。如果风力资源开发率可达到60%，仅风电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。我国利用风电起步较晚，和世界上风电发达国家如德国、美国、西班牙等相比还有很大差距。风电是20 世纪80 年代开始迅速发展起来的，初期研制的风机主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型风电机组，后期开始研发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛应用。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW 级风电场。

截止2007 年底，我国风机装机总量已达6.05 GW，年发电量占全国发电量的0.8%左右，比2000 年风电发电量增加近10 倍。2012 年一年新增风电装机容量625 万千瓦，比过去20年累计的总量还多，新增装机增长率约为89%。累计风电装机容量约1215 万千瓦，占全国装机总量的1.5%，累计装机增长率为106%。风电装机主要分布在24 个省，比2007 年增加了重庆、云南和江西三个省。2006 至2012 年风电增长状况。

中国政府为了推动并网风电的商业化发展，国家发改委明确提出我国风电发展的规划目标：2005 年全国风电装机总量达到100 万千瓦，2012 年全国风电装机总量达到400 万千瓦，2015 年全国风电装机总量达到1000 万千瓦，2020 年全国风电装机总量达到2000 万千瓦，占全国总装机容量的2%左右。可以预计，中国即将成为世界风电发展令人瞩目的国家之一。

二、风力发电机的优缺点

要比较风力发电机的优缺点首先要对其类型进行了解。由于风力发电机类型的不同。不同风电机组的工作原理、数学模型都不相同，因此分析方法也有所差异。目前国内风电机组的主要机型有3种，每种机型都有其特点。

1.异步风力发电机

国内已运行风电场大部分机组是异步风电发电机。主要特点是结构简单、运行可靠、价格便宜。这种发电机组为定速恒频机沮，运行中转速基本不变，风力发电机组运行在风能转换最佳状态下的几率比较小，因而发电能力比新型机组低。同时运行中需要从电力系统中吸收无功功率。为满足电网对风电场功率因数的要求，多采用在机端并联补偿电容器的方法，其补偿策略是异步发电机配有若干组固定容量的电容器。

由于风速大小随气候环境变化，驱动发电机的风力机不可能经常在额定风速下运行，为了充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年广泛应用双速异步发电机。这种双速异步发电机可以改变极对数，有大、小电机2种运行方式。

2.双馈异步风力发电机

国内还有一些风电场选用双馈异步风力发电机，大多来源于国外，价格较贵。这种机型称为变速恒频发电系统，其风力机可以变速运行，运行速度能在一个较宽的范围内调节，使风机风能利用系数Cp得到优化,获得高的利用效率；可以实现发电机较平滑的电功率输出；发电机本身不需要另外附加无功补偿设备，可实现功率因数在一定范围内的调节，例如功率因数从领先0.95调节到滞后0.95范围内，因而具有调节无功功率出力的能力。

3.直驱式交流永磁同步发电机

大型风力发电机组在实际运行中，齿轮箱是故障较高的部件。采用无齿轮箱结构能大大提高风电机组的可靠性，降低故障率，提高风电机组的寿命。目前国内有风电场使用了直驱式交流永磁同步发电机，运行时全部功率经A-D-A变换，接入电力系统并网运行。与其他机型比较，需考虑谐波治理问题。

三、风力发电的控制技术

风力发电机组控制系统是风力发电机的核心系统，因此研究控制技术具有重要的现实意义，可靠保证了风力发电机组的经济、安全并网运行。下面对风力发电机组控制技术及相关软件改进进行系统地阐述。

风力发电机组控制系统由本体系统和电控（总体控制）系统组成，本体系统包括空气动力学系统、发电机系统、变流系统及其附属结构；电控系统由不同的模块构成，主模块包括变桨控制、偏航控制、变流控制等，辅助模块则包括通讯、监控、健康管理控制等。而且，在本体系统与电控系统间实现系统的联系及信号的变换。例如，空气动力系统的桨距由变桨控制系统控制，保证了风能转化的最大化，功率输出的稳定等作用。风轮的自动对风及连续跟踪风向引起电缆缠绕的自动解缆受偏航控制系统控制，分为主、被动迎风两种模式，目前大型并网风电系统多采用主动偏航模式。变流控制常和变桨距系统结合，对变速恒频的运行及最大额定功率进行控制。

根据风电机组不同的分类标准，可将机组控制系统分为不同种类。目前风力发电的主流机型主要是依据桨距特性，发电机类型等分类，通过技术不断改

进，控制系统由最先的定桨距恒速恒频控制到变桨距恒速恒频控制,随之发展为变桨距变速恒频控制。此外，据连接电网类型可将风电控制系统分为离网型和并网型，前者已步入大规模稳定发展阶段。后者则成为现阶段控制系统的主要发展方向。

风电机组控制系统软件设计

整个风力发电机组控制系统需要一种完善的系统软件配置以实现发电机正常运行。目前，控制系统软件的模块化、参数化、功能化逐渐实现软件的兼容性与继承性。

1.模块化

控制系统整个软件是许多硬件的整合，我们可以讲每一个硬件子系统座位独立的模块，子系统与PLC之间的数据交互即为模块的输入输出，这种模块化的形式通过固化被选择性的调用执行程序，从而实现程序的兼容性，并做到小范围的软件修改和工作量的最小化。

2.参数化

参数设置是对软件灵活性的优化。对于多配置整合的程序，我们将软件开关作为一种参数，完成配置间切换，来决定程序模块是否正常执行。包括动作事件参数、故障参数、控制参数等，对不同属性结构体的形式进行设置，执行程序时只需读入相应参数即可。

3.功能化

软件功能化包括协议解析功能化、故障判断功能化及控制功能化。协议解析功能化即依据特定的子系统定义不同的功能块，当调用特定的配置参数时，可以执行相应的功能块程序，完成功能块内部的所有数据库的处理。故障判断涉及对所有控制监测的判断，应用功能块可简化并统一故障的判断。将软件中大量的逻辑控制（如水冷的风扇控制，变桨控制等）整合到功能块中，制定全面的输入输出接口，既完成现有控制功能，又增加了其拓展功能。因此功能模块化使得程序执行逻辑性与可读性均有所提高。

四、风力发电的展望

作为一种自然资源，风电正受到发展中国家的重视。中国西部、印度北部、巴西西北部、拉丁美洲的安第斯山脉和北非，都是风能资源丰富的地区。在我国西部地区，如新疆、内蒙古、西藏、青海、甘肃等地，由于地理位置特殊，又缺少水源，风力发电就成为能源发展的首选项目。目前，我国在新疆、内蒙

古、河北等地，均已建成大规模的风力发电站。

目前，我国已形成年产30万台100瓦至5000瓦独立运行小型风力发电机组的能力。在内蒙古，已有60万居住在偏远地区的牧民用风力发电解决了生活、生产用电，每套小型风力发电机（含蓄电池）价格在2000元左右。风力发电可用来照明、看电视、提井水饮牲畜、分离牛奶、剪羊毛等，极大地提高了劳动生产率。

由于风向变幻不定，风力大小无常，这些问题也给大规模开发利用风能带来了不少困难。

人们依靠先进的科学技术制造的新型风轮发电机，能够随着风向的变化和风力的大小随意轻快地旋转，在风速较大或较小的情况下都能正常工作。它的运行和控制完全实现了自动化，通过几百个传感器及时收集风速、风力、风向等信息，再经电脑处理、调整，使风轮机得以在最佳的状态下运行。

随着风轮机的大型化和高效化，风力发电的成本也在不断下降。目前，风电价格已经可以与石油、煤、天然气发电和核电的价格相竞争，进而还将能与水电价格一比高低。此外，国家在税收等方面也给予风电适当的照顾和优惠，使风电上网电价不断下降。

国家电力公司已将风电作为我国电力工业的重要组成部分，并制定了发展规划。2000年，全国风力发电装机容量将达到40万千瓦。

21世纪将是高效、洁净和安全利用新能源的时代。目前，世界各国都在做这方面的努力，都把能源开发利用作为关键科技领域给予关注。在这方面，风能将成为其中的主要角色，为21世纪的人类服务。