風(fēng)力發(fā)電機科技的論文

　　摘 要：利用風(fēng)能來(lái)發(fā)電是新能源應用的一種主要形式。就風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中涉及的控制技術(shù)進(jìn)行闡述，分析該技術(shù)存在的三個(gè)主要問(wèn)題及發(fā)展趨勢，提出解決相關(guān)問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 機械控制 電路控制

　　中圖分類(lèi)號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973(2013)012-171-02

　　風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)利用這項技術(shù)，從最早的單機組運行到現在的全國連網(wǎng)并列運行，相應的發(fā)電機組的容量也從開(kāi)始的數十千瓦級發(fā)展到海上風(fēng)電場(chǎng)的兆瓦級;對機組的機械控制方式從定槳距失速控制到變槳距運行，電力電子控制從恒速恒頻發(fā)展到現在雙饋異步等形式的變速恒頻。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在能源開(kāi)發(fā)利用方面要想有更好的發(fā)展前景，和火力水利等傳統發(fā)電技術(shù)相抗衡，關(guān)鍵還是要解決控制問(wèn)題。而控制問(wèn)題區別于其它形式發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵還是風(fēng)力發(fā)電輸入風(fēng)能不穩定，而要求輸出電能頻率要求穩定的問(wèn)題。解決問(wèn)題主要可以從以下三個(gè)方面考慮：

　　(1)風(fēng)力發(fā)電由于風(fēng)速變化大，輸入風(fēng)能不穩定，風(fēng)力機轉速不好控制，風(fēng)力發(fā)電機的輸入部分存在技術(shù)開(kāi)發(fā)的空間，即從機械方面考慮改進(jìn)措施，進(jìn)行機械控制。

　　風(fēng)力發(fā)電的機型按照并網(wǎng)時(shí)速度是否改變主要分為兩種，恒速恒頻型機組和變速恒頻型機組。不論哪種機型，目前風(fēng)力發(fā)電機的葉輪都采用水平軸、三葉片，上風(fēng)向布置;額定轉速約27r/min。風(fēng)能通過(guò)風(fēng)力機轉換成為動(dòng)能，風(fēng)力機通過(guò)轉軸驅動(dòng)后面聯(lián)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機。從而實(shí)現風(fēng)能-機械能-電能的轉換。

　　風(fēng)力機的風(fēng)輪一般采用三槳葉與輪轂剛性相連的結構，即定槳距風(fēng)輪。主要是因為三葉片具有平衡和美觀(guān)等優(yōu)良性能。為了實(shí)現對其很好的控制，一般在槳葉尖部1.5～2.5m處，設計成可調控的葉尖擾流器，葉尖擾流器起氣動(dòng)剎車(chē)的作用。當風(fēng)速過(guò)大時(shí)，葉尖擾流器釋放并旋轉形成阻尼板，影響風(fēng)能在葉片上的受力分布，改變風(fēng)力機轉軸的轉速。特別當風(fēng)力發(fā)電機組需要脫網(wǎng)停機時(shí)，它可以用作機械制動(dòng)，效果特別明顯。

　　風(fēng)力發(fā)電機組從定槳距發(fā)展到變槳距經(jīng)歷了很長(cháng)一段時(shí)間。早期的定槳距具有以下性能優(yōu)點(diǎn)：采用軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車(chē)技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù)，使風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)問(wèn)題和運行的安全性與可靠性大大提高。但是，由于葉片的安裝角在裝配時(shí)已經(jīng)固定，其功率輸出是由槳葉自身的性能來(lái)調節的，因此，在允許的風(fēng)速范圍內，定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統在運行過(guò)程中對由于風(fēng)速變化引起輸出能量的變化是無(wú)能為力的。這就大大降低了風(fēng)能利用效率，使得定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的推廣得到限制。

　　針對上述特點(diǎn)，大型風(fēng)力發(fā)電機組，特別是兆瓦級機組(1000kw以上)的風(fēng)力發(fā)電機組在設計，葉片采用變槳距連接，即葉片與輪轂中間采用可轉動(dòng)的推力軸承或專(zhuān)門(mén)為變距機構設計的`回轉支撐聯(lián)接，變槳距風(fēng)力發(fā)電機的葉片較薄，結構相對簡(jiǎn)單，重量小很多，使得變槳距風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪轉動(dòng)慣量小，設計容易，易于制造大型風(fēng)力發(fā)電機組。這樣風(fēng)力機可根據風(fēng)速的變化適時(shí)調整葉片連接角度，改善葉片周?chē)�的流�?chǎng)分布，即使風(fēng)速不在額定風(fēng)速的工況下，機組的輸出功率也可以保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)情況下，風(fēng)力機可以使葉片順槳，保證整個(gè)機組風(fēng)能利用大大提高。

　　現在，大型風(fēng)力發(fā)電機組一般都采用變槳距的結構形式。這樣可以在起動(dòng)時(shí)對轉速進(jìn)行控制，并網(wǎng)后可對功率進(jìn)行控制，使風(fēng)力機的起動(dòng)性能和功率輸出特性都有顯著(zhù)和改善。機組的液壓系統作為變距系統執行機構的一部分，在整個(gè)閉環(huán)控制系統中占有很大作用，大大提高了發(fā)電系統的運行自動(dòng)化程度。

　　(2)風(fēng)力機轉軸帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機轉軸旋轉。風(fēng)力機在風(fēng)力的推動(dòng)下旋轉，由于輸入風(fēng)能時(shí)刻在改變，不穩定，而且風(fēng)力機在風(fēng)能向機械能轉換過(guò)程中存在轉換效率問(wèn)題，再加上受到設計制造的局限，風(fēng)力機的轉速不能很高，但是傳統發(fā)電機轉速相對要求高，所以連接部分―風(fēng)力發(fā)電機需要進(jìn)行技術(shù)方面的改進(jìn)。

　　由于風(fēng)力發(fā)電機組體積龐大，重量達到幾噸到幾十噸，工作時(shí)具有很大的轉動(dòng)慣量;另一方面，受到風(fēng)力發(fā)電機制造技術(shù)和葉片材料的約束，風(fēng)輪的轉速不能太高，一般運行在20～30r/min。機組容量越大，轉速越低。為了在此基礎上發(fā)電機得到更多的動(dòng)能輸入，需要設置增速齒輪箱。齒輪布置時(shí)采用沿軸線(xiàn)分布的結構特點(diǎn)。但是由于增加了龐大的機械設備，齒輪間存在高速運行易磨損的問(wèn)題，使風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)生故障的可能性提高了，現在直驅式風(fēng)力發(fā)電機組(即機組連接部分不用增速齒輪箱)正在慢慢受到設計者的青睞。

　　風(fēng)力發(fā)電機組中的發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機，異步發(fā)電機的轉速取決于電網(wǎng)的頻率，只能在同步轉速附近很小的范圍內變化。對于定槳距風(fēng)力發(fā)電機組，一般還采用高滑差異步發(fā)電機和變速恒頻的雙饋異步發(fā)電機。這樣可以使機組的運行風(fēng)況范圍大大增加即雖然風(fēng)速遠離額定值，但是發(fā)電機的效率不會(huì )降低，風(fēng)能利用系數得到提高的同時(shí)，發(fā)電機組的噪聲降低。發(fā)出電能的頻率也會(huì )符合電網(wǎng)要求。

　　現在，大型風(fēng)電場(chǎng)一般都采用變速風(fēng)力發(fā)電機組。它的關(guān)鍵技術(shù)在于采用了繞線(xiàn)型異步發(fā)電機(其轉速可以有很大的變化)或同步電機，再在輸出電能的電路中增加相應的變頻技術(shù)。同步發(fā)電機的并網(wǎng)一般有兩種方式：一種是準同期直接并網(wǎng)，這種方法在大型風(fēng)力發(fā)電中極少采用;另一種是交-直-交并網(wǎng)�？刂萍夹g(shù)主要任務(wù)是對最佳葉尖速比的測量監控，使得機組在允許風(fēng)速的任何情況下都可以獲得理想的功率輸出。

　　(3)如果直接用風(fēng)力機帶動(dòng)發(fā)電機轉子旋轉，即直驅式風(fēng)力發(fā)電機，輸出電能頻率與電網(wǎng)頻率存在銜接問(wèn)題，即從電力電子方面考慮改進(jìn)措施，進(jìn)行電路控制。

　　風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的電能頻率可以不為50HZ，但是經(jīng)過(guò)變頻電路處理，使電能質(zhì)量達到并網(wǎng)要求，穩定可靠得給電網(wǎng)提供電能。

　　控制技術(shù)和監測技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電系統的關(guān)鍵技術(shù)。因為風(fēng)能不穩定，風(fēng)速大小和方向隨著(zhù)季節和氣候的改變而改變，風(fēng)力資源豐富的地區通常都是海島或邊遠地區甚至海上，風(fēng)力發(fā)電機組一般安裝在無(wú)人值守區，占地面積較大。所以對輸入功率的限制、風(fēng)輪的主動(dòng)對風(fēng)以及對運行過(guò)程中故障的檢測和維護必須實(shí)行自動(dòng)化控制。分散布置的風(fēng)力發(fā)電機組通常要求遠程監控，自動(dòng)控制應該實(shí)施運行人員設置的控制策略，保證機組安全可靠地運行。

　　風(fēng)力發(fā)電技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢將是全實(shí)現整個(gè)電力系統的自動(dòng)化，在風(fēng)電場(chǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電機組全部可以實(shí)現中央集中控制和遠程控制�；鹆λ�利等發(fā)電系統的控制系統，主要的任務(wù)是監視電網(wǎng)、機組運行參數，對機組進(jìn)行并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制，以確保運行過(guò)程的安全性與可靠性，而風(fēng)力發(fā)電系統則在此基礎上，還要增加一些傳感器檢測技術(shù)，時(shí)刻監測風(fēng)速風(fēng)向。根據對其變化趨勢的分析，做出判斷，提高系統的經(jīng)濟性和穩定性。

　　總之，隨著(zhù)技術(shù)的不斷改進(jìn)，基于變槳距技術(shù)的各種變速風(fēng)力發(fā)電機組已經(jīng)在風(fēng)電市場(chǎng)得到推廣。變速風(fēng)力發(fā)電機組的優(yōu)點(diǎn)在不斷顯示出來(lái)。變速風(fēng)力發(fā)電機組的可以在低于額定風(fēng)速時(shí)，跟蹤最佳功率曲線(xiàn)，使風(fēng)力發(fā)電機組具有最高的風(fēng)能轉換效率;在高于額定風(fēng)速時(shí)，增加傳動(dòng)系統的柔性，穩定輸出功率，向電網(wǎng)提供安全可靠經(jīng)濟的電能。

　　參考文獻：

　　[1] 宋海輝.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及工程[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

　　[2] 王承熙，張源.風(fēng)力發(fā)電[M].北京：中國電力出版社，2012.

【風(fēng)力發(fā)電機科技的論文】相關(guān)文章：

風(fēng)力發(fā)電機組控制技術(shù)學(xué)習心得體會(huì )01-21

科技論文04-23

科技論文10-21

風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)10-10

風(fēng)力發(fā)電的原理09-24

風(fēng)力發(fā)電的好處08-20

《風(fēng)力的利用》教案11-26

有關(guān)風(fēng)力的諺語(yǔ)02-27

關(guān)于風(fēng)力的好句12-04