新型太阳能-风能混合发电系统的研制
Dev elopment of New Hybrid (Solar -wind )Pow er System
华南理工大学电力学院(广东广州510640) 杨 苹 杨金明
广东省科学院自动化工程研制中心(广东广州510070) 张 昊
摘 要:论述了太阳能-风能混合发电系统中的新
型发电机及其控制系统,即设计新型无刷双馈发电机,及太阳能逆变器极值调节方式实现其最优功率传输,智能化的能量管理系统实现风能发电与太阳能发电的优化组合。通过统一交流电源品质调节装置,对混合发电系统的电能指标进行全局优化,从而提供稳定的清洁能源。混合发电系统既可独立运行,又可多系统并行运行,必要时还可并网运行。
关键词:风能发电;太阳能;无刷双馈发电机;现代控制技术
中图分类号:TM 615:TM 614文献标识码:B
文章编号:1003-9171(2004)01-0012-04
由于一次能源日益枯竭和人类生存环境日益恶化,世界各国都把开发新的可再生能源作为能源的发展方向。为促进电力工业结构调整,减少环境污染,培育新的经济增长点,我国也把新能源的开发利用作为能源开发的战略重点之一,因地制宜地开发和推广风能、太阳能等清洁能源,其中风能发电是新能源发电技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化应用前景的清洁能源发电技术,现已成为我国电力工业的一个组成部分。目前,风能发电主要朝着两个方向发展:用于风电场的大功率高效率的大机组和面向边远或分散地区的小型风电机组。
由于风能的间歇性缺陷,利用太阳能发电实现风能-光能发电互补,为边远或分散地区的用户
提供稳定的清洁能源,是当今新能源开发利用的一个主流方向。
目前,进口的太阳能电池和小型风能发电机
组比较昂贵,我国的一些研究机构[1]
分别对太阳能电池及小型风能发电机组进行了开发和研制。目前,国产的太阳能电池仍然存在造价太高的问题,而国产的小型风能发电机组或是造价较高,或是可靠性低,无法长期稳定运行,这些问题,都极大地妨碍了风能及太阳能发电系统的推广应用。为此,我们在前期研究工作的基础上[1],设计了新型无刷双馈发电机以简化传统风能发电机的结构,利用现代控制技术实现风电机组的变速恒频与风能最大捕获;同时,对太阳能逆变器采用极值调节方式实现其最优功率传输,并采用智能化的能量管理系统实现风能发电与太阳能发电的优化组合,从而研制高效而实用的太阳能-风能混合发电系统。另外,通过统一交流电源品质调节装置,对混合发电系统的电能指标进行全局优化,从而为用户提供稳定的清洁能源。
1 系统结构
本系统采用太阳能-风能互补发电的结构形式,其中风能发电机采用专门设计的无刷双馈发电机,即采用新颖的发电机结构和磁路设计方案,研制能与风力机直接匹配的低速双馈发电机,省去了低速风力机与高速发电机之间的齿轮升速装置,简化了整个系统的结构,不但便于搬运和安装,而且易于维护;而太阳能发电则采用无污染太阳能电池板和干式蓄电池,以减少对环境的污染。经过整流后的风电与太阳能电池在直流侧并联,经充放电控制器向蓄电池组充电,然后通过逆变器向交流负载供电。如果交流负载要求较高,或需要向电网供电,则应接入电源品质控制器,以提高混合发电系统的电源品质,使系统具有较广的应用范围。该系统既可独立运行,也可多系统并行运
本文作者还有华南理工大学电力学院的吴捷。
广东省自然科学基金团队项目(003049)、广东省“十五”科技计划重大专项(A1050401)、广东省“十五”科技计划重大专项
(A 1050202);
地,还可以并网运行。
新型太阳能-风能混合发电系统应用计算机监控系统进行系统的能量管理,以实现风能与太阳能的最优功率匹配、系统操作、运行监控及故障
诊断。其系统结构图如图1所示。由图可见,新型太阳能-风能混合发电系统由风力发电机组、太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、数据采集系统组成。为降低系统的整机成本,可根据系统安装地点的自然条件,在设计时尽量降低太阳能和蓄电池的比例。另一方面,利用现代控制技术进行单机控制以提高单机运行效率,同时采用能量管理系统对发电系统进行优化管理,实现风能及太阳能能量的最优匹配,并提高发电系统的动态性能,使新型太阳能-风能混合发电系统可以安全稳定地运行
。
图1 新型太阳能-风能混合发电系统结构图
2 风能发电机组
风能发电机组一般由风力机、升速齿轮箱、发电机构成,具有结构简单、易于搬运和安装的特点。近年来,由于采用了新技术、新材料和计算机管理,风能发电有了很大发展,发电成本较以前大为降低。因此,风能发电机组得到广泛推广,并产生了良好的社会和经济效益。
目前,风电系统的发展趋势是开发大型并网式风电机组和中小型独立运行式风能发电系统并举,大型并网式风电设备应用于风电场,风电的成本比中小型独立运行式风能发电系统低;而中小型独立运行式风能发电系统构成的分散式电源可解决边远分散地区的就地供电问题,省去供电网络。然而,不论是大型并网式风电机组还是中小型独立运行式风能发电系统,都面临两个急待解决的问题,即风能最大捕获的实现和电源品质的提高。这两个问题的解决,将可进一步降低风电成本和提高风电的质量,使风电成本与火电成本具有可比性,这也是推广风电的关键。
可见,研制适用于风能发电的新型发电机及其控制系统成为当务之急。2.1 无刷双馈发电机的设计
在风能发电机组中,由于风力机的转速一般较低,需经齿轮箱升速后再驱动发电机。为降低成本,往往采用柔性结构的传动轴和齿轮箱,以减小系统阻尼。在自然风速发生随机性变化时,将导致发电机转速和传动链中的力矩波动幅值大,易损伤机械设备,影响传动链机构的使用寿命。我们研制的能与风力机直接匹配的低速双馈发电机,不但简化了整个风电系统的结构,还省去了升速齿轮箱这样一个主要的大修部件,大大提高了风电系统的可靠性。另外,由于简化了中间传动环节,也提高了风电系统的效率。
无刷双馈电机具有类似鼠笼式感应发电机的结构,我们采取新颖的磁路设计方案,研制能与风力机直接匹配的低速无刷双馈电机,使其在并网时基本无电流冲击。设计时使功率回路与控制回路的功率之比为偶数/奇数,并使控制回路的功率较小,一方面提高无刷双馈电机工作的可靠性,另一方面使无刷双馈电机的控制易于实现,控制回路需要提供的功率较小,降低了电力电子装置的成本。
相比于采用绕线式结构的普通双馈电机而言,无刷双馈电机避免了电刷的使用与更换,对于长期在野外运行的风电机组来说是一个很大的优势,不但使风能发电机组的结构紧凑,而且使其动力传动刚度增加,在提高了风能发电机组效率的同时,降低了风能发电机组的成本,使发电设备更便于安装和运输。2.2 无刷双馈电机的控制
提高风能利用率是降低风电机组发电成本的有效方法,而实现风能的最大捕获控制则是提高风能利用率最为有效的途径。根据对风能发电装置空气动力学的研究,风能利用系数是风速和风轮转速(叶尖速比)的非线性函数,在一定风速下,存在着一个对应某一确定转速的极大值,为了充分利用风能资源,提高效率,应该在不同风速下及时调整风机转速,实现风能的最大捕获。为实现风能的最大捕获,并使风能成为高效、优质、可控的能源,必须对无刷双馈电机进行控制。我们利用电力电子变流技术和现代控制技术实现变风速条件下的电能频率恒定,以解决最大风能捕获所引起的变速与电能频率要求恒定之间
的矛盾。
首先,通过变频电路实现双馈发电机频率误差的无源性控制,以利于对频率的动态变化进行控制,避免谐波进入系统。由于空气动力的非线性变化特性,采用自抗扰控制方法实现风能的最大捕获。自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律组成。跟踪微分器产生信号的不含噪声污染的广义微分信号,扩张状态观测器实时量测系统状态和外扰,从而实现被控对象的动态反馈线性化和反馈确定化。自抗扰控制器采取经典PID控制的结构,又避免了PID控制对信号处理过于简单的缺陷,通过非线性配置构成的非线性状态误差反馈控制律可使风能发电这类模型摆动较大的系统取得满意的动态性能,且具有很好的鲁棒性和可实现性。
2.3 电源品质控制
风能发电机并网发电时,需要向电网提供高品质的电能,要求电能波形好,三相对称,频率恒定,电压刚性好。由于风速的随机变化,给风电带来了大量的谐波;而根据混合发电系统的技术要求,系统中应用了大功率电力电子逆变装置,电力电子装置的非线性特性和负载状况的多样性,不但使三相交流电源品质严重下降,而且威胁电网的安全运行。为了有效地对谐波进行抑制,并能同时考虑由于非线性负荷变化和不平衡而造成的电压和功率因数变化,以及解决三相不对称问题,必须对电能质量进行控制。以往的方法是针对不同的要求设计不同的控制器,对各个指标进行局部的优化。我们则采用统一交流电源品质调节装置,对以上所有电能指标进行全局的优化,即利用统一的滑模变结构控制,实现发电系统动态的快速电压调节、谐波抑制、功率因数补偿和非线性负荷的三相平衡。
在具体实现上,我们采用有源滤波与无源滤波电路相结合的设计,既保证电压的波形,也保证电流的波形,这种设计可以降低统一交流电源品质调节装置的成本。有源滤波电路的三相参考电压有2个分量:其直轴分量提供负荷的有功指令;交轴分量提供负荷的无功指令。为了调整负荷端的交流电压,将采用2个滑动控制回路。分别由2个滑动模控制器进行闭环控制,从而实现电能质量的统一调整。
3 太阳能发电系统
太阳能发电系统主要由光电池、蓄电池、聚光系统、跟踪系统、充放电装置、逆变装置和控制保护系统构成。我们采用太阳能电池-逆变器-负荷输出回路的最优功率传输与极值调节器的设计,采用跟踪太阳轨迹的伺服机构使太阳能电池板接受最大的输入功率,实现太阳能电池发电效率的最优化;考虑到天气、负载扰动等因素的影响,设计一种太阳能输出功率极值调节器,保证使太阳能电池阵列输出最大功率。我们研制的太阳能发电系统具有以下特点:
(1)阳光跟踪系统可以根据地平坐标-双轴跟踪原理,利用光敏探头对阳光强弱进行监测,确定聚光装置的最优方位角,然后采用侍服电机驱动聚光装置的机械部分,实现太阳能的最大捕获。
(2)智能充电装置将根据蓄电池充电电压和放电深度的关系,针对蓄电池的伏—安特性,灵活地改变充电电流,使得蓄电池的寿命能够得到延长,同时保证蓄电池容量的充分利用,减小蓄电池的备用容量。系统拟采用晶闸管触发系统实现,通过检测的结果,合理地选择恒流方式和恒压方式进行充电。
(3)逆变装置采用PWM型装置,它由信号发生器、功率变换和输出部分组成,其功能是将蓄电池存储的能量转换为电压恒定,波形良好的交流电能。系统拟采用MO S功率管和低耗变压器(或无变压器)以减低变流过程中的损耗,同时设置合理的自锁保护电路以提高设备的可靠性。
(4)控制保护系统以单片机为核心构成,通过统一的监控系统,完成相关信号的检测、控制、运算和输出功能。
4 混合发电系统的优化管理
混合发电系统的优化管理由智能监控系统完成。根据新型太阳能-风能混合发电系统的特点,智能监控系统分为2层,底层是基于微处理芯片的监控层,负责实现对单台设备的运行进行优化控制和参数设定,同时具备与上层通信的能力;上层是基于微机的协调管理层,主要用于处理多台设备并列运行时的协调控制及并网发电问题。
监控层的主要功能包括:系统状态监测、充放电控制、参数设定、能量管理、连网通信。
(1)系统状态监测:即对系统运行参数进行监测,如蓄电池电压,负荷需求,风能密度,太阳辐射强度等,这些数据一方面用于系统运行控制,另一方面也可以提供给上层协调管理层使用。
(2)充放电控制:实现蓄电池组的容量选择及充放电控制。系统运行的费用很大程度上取决于蓄电池的寿命,电池的寿命很大程度上取决于能否工作在100%的容量状态附近,以及在放电后能否快速地恢复到该状态,故电池组的容量选择及充放电控制对系统的运行成本有较大影响。
(3)参数设定:实现混合发电系统运行参数的设定,如各种保护极限,蓄电池数量等,该部分功能既可以通过本地操作面板来实现,也可以采用通信方式由上层协调管理层获得。
(4)能量管理:主要负责处理系统的供电模式切换及负荷控制问题。由于系统电能来源于风电、太阳能及蓄电池,故需要根据日照状况,风能密度,蓄电池充电状况和负荷需求来灵活地调节各部分对外供电的比例,同时需要具有一定的保护功能,如在蓄电池过放电和过充电时,需要切除部分负荷或者有选择地暂停风能或太阳能发电系统的运行。
(5)连网通信
该部分负责与上层监控系统通信,提供上层系统所需要的运行及设备参数,同时根据上层监控系统的指令改变系统的运行工况。
上层协调管理层的主要功能包括:通信、数据采集、协调控制、并网、设备诊断等。
(1)通信:通信功能包括2部分,一方面它要与底层监控层进行通信,获得系统运行参数,同时向监控层发送控制指令;另一方面,它还必须具备与电网调度自动化系统及并网设备通信的能力,以实现混合发电系统向电网供电。
(2)数据采集:是上层协调管理层运行的基础,它通过与底层监控层的通信来获得各单机的运行参数和设备状态。
(3)协调控制:当多台设备同时运行时,通过对各台设备的运行参数进行监测,可以灵活地改变各设备的运行工况,从而使混合发电系统运行在最优状态下。
(4)并网:通过与并网设备的协调工作,实现向电网供电。
(5)设备诊断:通过对设备运行历史数据的分析,给出各部件的疲劳程度,向定期设备检修提供必要的参考信息;在系统出现故障时,指出故障部位,方便检修。
在上述两级智能监控系统的控制下,系统既可以在远离电网的地区作为自治系统单机运行,又可以多机并行运行,并实现系统的优化管理工作;必要的时候,还可以并网向电网送电。
5 结论
本文的目标是开发性能优良、运行可靠,以风能为主,以太阳能为辅的高效而实用的太阳能-风能混合发电系统,提供高品质的稳定清洁能源。在前期研究工作的基础上[1],面向边远、分散地区电能的自给供应,我们开发研制实用化的新型太阳能-风能混合发电系统。混合发电系统采用风-光互补发电的结构形式,其中风能发电机采用专门设计的能与风力机直接匹配的低速双馈发电机,省去了低速风力机与高速发电机之间的齿轮升速装置,简化了整个系统的结构,便于搬运、安装和维护;而太阳能发电则采用无污染太阳能电池板和干式蓄电池,以减少对环境的污染。
混合发电系统的关键技术是适于风能发电用的低速双馈发电机设计;旨在提高风能利用率的最大风能捕获控制;为改善风电品质的变速恒频控制技术;实现太阳能-风能混合发电系统的电力变流控制的电力电子技术。系统的能量管理采用微机监测系统,以实现风能与太阳能的最优功率匹配、系统操作、运行监控及故障诊断。在系统需要并网运行或交流负载要求较高时,可采用统一交流电源品质调节装置对电源品质进行控制,实现混合发电系统动态的快速电压调节、谐波抑制、功率因数补偿和非线性负荷的三相平衡。
由于系统采用太阳能-风能发电互补的结构形式,具有较广的应用范围。针对不同的用户和安装地点,可以灵活配置具有不同功能的混合发电系统,使系统既可单机独立运行,又可多机并行运行,必要时可以并网运行。由于系统设计时采用了低成本设计,具有较好的实用推广价值。
(收稿日期:2003-09-
01)
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太阳能及风能发电介绍 众所周知，地球资源特别是不可再生资源，其供给能力有限，并非取之不尽、用之不竭。全球能源日渐枯竭的21世纪，在经济不断发展同时，能源消耗不断增加，传统能源无以为继，经济发展越来越受制于能源的开发利用，新能源作为一种替代能源，未来能极大的缓解我们能源大量需求，可以保证经济可持续发展。而且在当今社会传统能源产生环境问题越来越严重，危害人类健康和生存环境。新能源的需求越来越迫切了。太阳能和风能作为新能源的代表，越来越受到人们的重视。 传统的发电手段分为三类： 火电：火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。 水电：水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。三峡造成的不利影响依然还是评估当中。 核电：核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。在这次日本的地震中，核电造成的问题能够引起人们的这么强烈的关注，说明了人们对核电安全性的担忧。 这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件： 一是蕴藏丰富不会枯竭； 二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有这几种，太阳能、燃料电池。以及风力发电等。其中，最理想的新能源是太阳能。 太阳能（Solar）是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达 1.05×1018千瓦时，相当于 1.3×106亿吨标准煤，大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持6×1010年，可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。 太阳能光伏技术（Photovoltaic）是将太阳能转化为电力的技术，其核心是可释放电子的半导体物质。最常用的半导体材料是硅。地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能光伏电池有两层半导体，一层为正极，一层为负极。阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流。阳光强度越大，电流就越强。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。其优点有：燃料免费、没有会磨损、毁坏或需替换的活动部件、保持系统运转仅需很少的维护、系统为组件，可在任何地方快速安装、无噪声、无有害排放和污染气体等。 早在 1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。1954 年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了光电转换效率为4.5%的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。 此后太阳能光伏产业技术水平不断提高，生产规模持续扩大。在 1990-2006 年这十几年里，全球太阳能电池产量增长了 50 多倍。随着全球能源形势趋紧，
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风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能作为一种无污染、可再生的绿色能源，它对于解决全球性的能源危机和环境危机有着重要的意义。因此，风力发电成为各国学者研究的重点。 风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将转速提高促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始发电。风力发电的原理是最简单的风力风力发电机可由叶片和发电机两部分构成，空气流动作用在叶轮上，将动能转化为机械能，从而推动叶片旋转如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发电，从而产生电能。 关键词：风能，风力发电；
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2．6．2 风况分布图 2．6．3 风速的历年变化 3 风力发电机组的布置 3．1 风和风能 3．2 风的特性 3．2．1 海陆风 3．2．2 山谷风 3．2．3 季风 3．2．4 高压低压引起的风 3．2．5 台风 3．2．6 地理环境形成的地形风 3．3 风的统计分析 3．3．1 逐时、月、年平均风速 3．3．2 风向玫瑰图 3．3．3 风速频率分布 3．3．4 威布尔分布 3．3．5 风功率密度 3．4 年发电量 3．5 风况数据的利用 3．5．1 风况观测站 3．5．2 日本的风况分布图 3．6 影响风况的各种因素 3．6．1 地表面的粗糙度 3．6．2 地形 3．6．3 障碍物 3．7 风况预测 3．7．1 基于风况观测数据进行风况预测的方法 3．7．2 利用气象模型进行风况预测方法
关于新能源风能发电论文 姓名：王刚 班级：0801013328
风能发电 在不断持续的能源紧张中，不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源（可再生能源）是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源，特别是风能技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2～300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。 一风力发电的现状 21世纪是可再生能源的世纪，由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值。在中国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。另外，在中国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。据资料显示，2004年全国在建项目的装机容量约150万千瓦，其中正在施工的约42万千瓦，可研批复的68万千瓦，项目建议书批复的45万千瓦，包括五个10万千瓦特许权项目。 江西都昌老爷庙风电场风能资源丰富，建设条件较好，已被列为全国大型风电场预可研项目。目前，江西省能源结构性矛盾突出，一次能源只有煤炭和水电；而且电煤大部分需要从省外运入，水电开发程度又较低。风电和水电具有不同步发生规律，风力发电高峰处于秋季与冬季，水利发电高峰期处于春季和夏季，风电和水电具有季节性特性，可实现季节性互补；风力发电是环保型可再生能源，可改善电源结构，替代一部分火电容量，节约煤炭，减少污染，保护环境。 据资料显示，“十一五”末九江电网电力开始出现缺额，2010年缺额将达158兆瓦。老爷庙风电场的建设，可以缓解九江电网电力不足的矛盾，满足九江电网日益增长的电力需要；同时可就近向当地供电，减少了长距离输送的网损，提高供电可靠性和经济性。 据初步测算，目前风电场造价成本约为8000～9000元/KW，机组（设备）占75%左右，基础设施占20%，其它占5%。风能利用小时数在2700～3200小
风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统，具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程，最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词：风力涡轮机；双馈异步；永磁同步发电系统 概述： 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制，目前主要的两种控制方式是：双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前，我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性： 1，风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示： P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹（Betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。 2，叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。）它是工作区段。在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。 3，变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。 三段控制要求： 低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ（ｎ）关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。图３是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得及变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图４，绕线异步电动机的定子直接连接电网，转子经四象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频（５０ＨＺ）的转差功率，送至电网。由图４可知： Ｐ＝ＰＳ－ＰＲ；ＰＲ＝ＳＰＳ；Ｐ＝（１－Ｓ）ＰＳ Ｐ是送至电网总功率；ＰＳ和ＰＲ分别是定子和转子功率 转速高于同步速时，转差率Ｓ＜０，转差功率流出转子，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速食，Ｓ＞０，转差功率从电网，
太阳能发电和风力发电概述 上海力友电气有限公司专业为太阳能发电、风力发电、燃料电池发电、水力发电等各种可再生能源发电系统提供各种完美的工程方案，其产品主要应用于可再生能源并网发电系统、离网型村落供电系统及各类户用电源系统，并可为电网困难地区的通信、交通、路灯照明等提供电力帮助。 一、离网发电系统 风机和光伏组件为发电部件 控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。 蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。
逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，逆变器的高效运行也显得非常重要。 产品包括 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源 二、并网发电系统 可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，
国内外风力发电技术现状与发展 风能是一种可再生的清洁能源。近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。 1 引言 风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。 风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一[1]。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。在本文中，将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。 2 风力发电基本知识 2.1 风能的计算公式 空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为A，则当风速为V 的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为 （1） 其中：单位时间质量流量m=ρAV （2） 在实际中，（3） 式中： P W—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W； C p—叶轮的风能利用系数； ηm—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0； ηe—发电机效率，一般为0.70—0.98； ρ—空气密度，kg/m3； A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2； V—风速，m/s。 2.2 贝茨（Betz）理论 第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建立的。 贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，气流速
二、风力发电系统有哪些设备组成 2.1 基本原理和部件组成如下： 大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。 大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。 2.2 风电机结构 机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。 转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。 轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。 低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。 齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。 高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。 发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。
偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。 电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。 液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。 冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。 塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。 风速计及风向标：用于测量风速及风向。 蓄电池：是发电系统中的一个非常重要的部件,多采用汽车用铅酸电瓶，近年来国内有些厂家也开发出了适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池。也有选用镉镍碱性蓄电池的，但价格较贵。 控制器和逆变器：风力机控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电，以保证蓄电池不至于过充和过放，以保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作。目前风力机控制器一般都附带一个耗能负载，它的作用是在蓄电池瓶已充满,外部负荷很小时来吸纳风力机发出的电能。 逆变器：逆变器是把直流电(12V、24V、36V、48V)变成220V交流电的装置，因为目前市场上很多用电器是220V供电的，因此这一装置在很多应用场合是必须的。 2.3 风电机发电机 风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点不同。原因是，发电机需要在波动的机械能条件下运转。 2.3.1 输出电压
2007.01 Renewable Energy Industry 51 风能是一种可再生的清洁能源。近３０年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到５ＭＷ，叶轮直径达到１２６ｍ。截止２００５年世界装机容量已达５８，９８２ＭＷ，风力发电量占全球电量的１％。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第８位，２００５年新增装机容量居世界第６位。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。 １ 引 言 风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织（ＷＭＯ）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为２００亿ｋＷ，是地球上可利用水能的２０倍。中国陆地１０ｍ高度层可利用的风能为２．５３亿ｋＷ，海上可利用的风能是陆地上的３倍，５０ｍ高度层可利用的风能是１０ｍ高度层的２倍，风能资源非常丰富。 风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一［１］。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。在本文中，将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。 ２ 风力发电基本知识 ２．１ 风能的计算公式 空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为Ａ，则当风速为Ｖ的风流 经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为 其中：单位时间质量流量ｍ＝ρ ＡＶ 在实际中，式中： ＰＷ—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，Ｗ； Ｃｐ—叶轮的风能利用系数； ?ｍ—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为０．８０—０． ９５，直驱式风力发电机为１．０；?ｅ—发电机效率，一般为０．７０—０．９８；?—空气密度，ｋｇ／ｍ３； Ａ—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，ｍ２； Ｖ—风速，ｍ／ｓ。 田 德 （内蒙古农业大学新能源技术研究所，呼和浩特 ０１００１８） 国内外风力发电技术 的现状与发展趋势
风力发电系统及稳定性 2.1风力发电概述 风能是当今社会中最具竞争力，最有发展前景的一种可再生能源，将风能应用于发电（即风力发电）则是目前能源供应中发挥重要作用的一项新技术。研究风力发电技术对我国大型风力发电机组国产化及推动我国风力发电事业的不断发展有着重要意义。 与火力发电相比，风力发电有其自己的特点，具体表现在一下几个方面： 1）：可再生的洁净资源。风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗资源，不污染环境，这是风力发电所无法比拟的优点。 2）：建设周期短。一个万千瓦级的风力发电场建设期不到一年。 3）：装机规模灵活。可根据资金情况决定一次装机规模，有一台的资金就可安装投产一台。 4）：可靠性高。把现代科技应用于风力发电机组可使风力发电可靠性大大提高。中大型风力发电机可靠性从20世纪80年代的50%提高到98%，高于火力发电，并且机组寿命可达20年。 5）造价低。从国外建成的风力发电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。 6）运行维护简单。现在中大型风力机自动化水平很高，由于采用了微机技术，实现了风机自诊断功能，安全保护更加完善，并且实现了单机独立控制，多级群控和遥控，完全可以无人值守，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电中的大修问题。 7）实际占地面积小。据统计，机组与监控，变电等建筑仅占火电场1%的土地，其余场地仍可供农，牧，渔使用。 8）发电方式多样化。风力发电既可并网运行，也可与其他能源，如柴油发电，太阳能发电，水力发电机组成互补系统，还可以独立运行，对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可行性。 2.11 国外风电发展现状 20世纪70年代石油危机发生以来，西方发达国家积极地寻求新的能源，风力发电应运而生。风电在国外发达国家相当普及，尤其是德国，西班牙，美国等国家，风电所占的比重很大。2011年全球新增装机容量超过4000万kw，累计装机容量超过2.37亿kw。据2012年世界风电报告，2011年全球风电累计装机容量排名前十位的国家如图2-1所示，2011年各国风电累计装机容量占比2-2所示。
风能与风力发电技术 书 名： 风能与风力发电技术 作 者： 张志英 等编著 出 版 社： 化学工业出版社 出版时间： 2010-5-1 I S B N ： 9787122077967 定 价： ￥49.00 内容简介 本书介绍了有关风力发电的基本知识和技术,通俗地分析了风的形成、风的分类和风能定量评估。详细阐述了风轮 机的基本工作原理、工程设计方法和风轮机优化设计；对风轮机的结构、空气动力学特性、安全运行、风力机发电系统及风轮机材料等进行了说明和分析。对风轮机的一些特殊问题，例如变速/恒频技术、迎风调节、风轮叶片材料和制造、风电场优化分析、风资源对性能的影响等搜集了大量的数据资料供参考查询。 本书第二版除全部订正了和时间相关的数据外，还增加了风力机设计要求、大型风力机设计和特殊用途用风力机( 海上风力机、低温风力机、高原风力机和直接驱动式风力机)等内容，使本书更具工程参考价值，对风电从业人员更加适用。 本书适合于从事风电领域内工作的工程师和技术人员阅读参考，也适合作为高等院校热动力专业的教学参考书，对想了解风能发电的读者也是一本极好的科普读物。 图书目录 1.1 风 1.2 风能 1.3 风电场选址 1.4 风电场风能资源评估 第2章 风能发电 2.1 风力机的型式 2.2 风能发电 2.3 并网风力发电的价值分析 2.4 风力发电装置 2.5 大中型风电场设计 2.6 风力发电设备的优化分析 2.7 风力机安全运行
第3章 风力发电技术 3.1 功率调节 3.2 变转速运行 3.3 发电机变转速/恒频技术 3.4 风轮机迎风技术 3.5 风电品质 3.6 风力机结构和空气动力学 3.7 风力机控制技术 第4章 风轮机设计 4.1 风轮机的基本理论 4.2 风力机设计要求 4.3 风轮机工程设计 4.4 风轮机优化设计 4.5 风轮机模化设计 4.6 风轮机工程设计图例 4.7 风轮机的设计与制造 4.8 风轮机材料 4.9 风力机设计风速问题 第5章 风轮机和风电场数值计算 5.1 风电场数值模型 5.2 风轮机设计软件 5.3 风电场数值计算软件包 5.4 风力机设计软件包的开发 5.5 风力机可靠性数值研究 第6章 大型风力机设计 6.1 250～1200kW风力机系列 6.2 1000kW级风力机设计 6.3 1500kW级风力机设计 6.4 2000kW级风力机设计 6.5 2500 kW级风力机设计 6.6 3000kW级风力机设计 6.7 5000kW级风力机设计 第7章 风力机发电系统 第8章 特殊用途风力机设计 附录 参考文献 原文地址：https://www.doczj.com/doc/177006391.html,/baike/1079.html
风力发电系统电气控制设计毕业论文 1绪论 1.1国内外风力发电的现状与发展趋势 风能属于可再生能源，具有取之不尽、用之不竭、无污染的特点。人类面临的能源、环境两大紧迫问题使风能的利用日益受到重视。我国的风能资源丰富，可利用的潜能很大，大力发展风、水电是我国长期的能源政策。而其中风电是可再生能源中最具发展潜力和商业开发价值的能源方式。从20世纪80年代问世的现代并网风力发电机组，只经过30多年的发展，世界上已有近50个国家开发建设了风电场(是前期总数的3倍)，2002年底，风电场总装机容量约31128兆瓦(是前期总数的300倍)。 2005年以来，全球风电累计装机容量年平均增长率为27.3%，新增装机容量年平均增长率为36.1%，保持着世界增长最快能源的地位。2010年全球装机容量达196630MW，新装机容量37642MW，比去年同期增长23.6%。 目前，德国、西班牙和意大利三国的风电机组的装机容量约占到欧洲总量的65%。近年来，在欧洲大力发展风电产业的国家还有法国、英国、葡萄牙、丹麦、荷兰、奥地利、瑞典、爱尔兰。欧洲之外，发展风电的主要国家有美国、中国、印度、加拿大和日本。迄今为止，世界上已有82个国家在积极开发和应用风能资源。 海上风力资源条件优于陆地，将风电场从陆地向近海发展在欧洲已经成为一种新的趋势。有人把风电的发展规划为3步曲，陆上风电技术（当前技术）一近海风电技术（正研发技术）一海上风电技术（未来发展方向）。 2010年北美的装机容量有显著下降，美国年度装机容量首度不及中国；多数西欧国家风能发展处于饱和阶段，但风能产业在东欧国家得到显著发展；非洲风能发展主要集中在北非。 随着海上风电的迅速发展，单机容量为3 -6MW的风电机组已经开始进行商业化运行。美国7MW风电机组已经研制成功，正在研制10MW机组；英国10MW机组也正在进行设计，挪威正在研制 14MW的机组，欧盟正在考虑研制20MW的风电机组，全球各主要风电机组制造厂家都在为未来更大规模的海上风电场建设做前期开发。 1.1.1世界上风力发电的现状 近年来，世界风电发展持续升温，速度加快。现主要以德国、西班牙、丹麦和美国的一些公司为代表，大规模地促进了风电产业化和风机设备制造业的发展。经过四、五年时间的整合，国际上风机制造业大约有十几家比较好的大企业。2003年底，全世界风电是3800万千瓦左右，而2003年一年就增加了400多万千瓦，仅德国到2003
几种典型的风力发电系统对比分析 摘要：随着环境和能源问题的日益严峻，可再生能源的开发，尤其是风力发电技术已被越来越多的国家所重视，而对应用在风力发电系统中的逆变器和调制方法的研究尤为重要。重点阐述了我国的风能资源情况和我国目前的发展状况，指出了存在的主要问题，分析了产生这些问题的原因，明确了我国风力发电事业发展的主要措施和途径，并进一步阐述了风力发电在未来的发展趋势及风力发电的优势。 引言 能源与环境问题已经成为全球可持续发展面临的主要问题，日益引起国际社会的广泛关注，并寻求积极的对策。风能是一种可再生、无污染的绿色能源，是取之不尽、用之不竭的，而且储量十分丰富。据估计，全球可利用的风能总量在53000TWh/年。风能的大规模开发利用，将会有效减少化石能源的使用、减少温室气体排放、保护环境。大力发展风能已经成为各国政府的重要选择。 在风力发电中，当风力发电机与电网并联运行时，要求风电频率和电网频率保持一致，即风电频率保持恒定，因此，风力发电系统分为恒速恒频发电机系统（CSCF系统）和变速恒频发电机系统（VSCF系统）。恒速恒频发电机系统是指在风力发电过程中保持发电机的转速不变从而得到和电网频率一致的恒频电能。恒速恒频系统（CSCF系统）一般来说比较简单，所采用的发电机主要是同步发电机和鼠笼型感应发电机，前者运行于电机极数和频率所决定的同步转速，后者则以稍高于同步转速的速度运行。变速恒频发电机系统（VSCF），是指在风力发电过程中发电机的转速，并以随风速变化而通过其它的控制方式来得到和电网1恒速恒频发电系统 目前，单机容量为600kW～750kW的风电机组多采用恒速运行方式，这种机组控制简单，可靠性好，大多采用制造简单，并网容易，励磁功率可直接从电网中获得的笼型异步发电机。恒速风电机组主要有两种类型：定桨距失速型和变桨距风力机。定桨距失速型风力机利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能，功率调节由风轮叶片来完成，对发电机的控制要求比较简单。这种风力机的叶片结构复杂，成型工艺难度较大。而变桨距风力机则是通过风轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率。由于采用的是笼型异步发电机，无论是定桨距还是变桨距风力发电机，并网后发电机磁场旋转速度由电网频率所固定，异步发电机转子的转速变化范围很小，转差率一般为3%~5%，属于恒速恒频风力发电机。 1.1定桨距失速控制 定桨距风力发电机组的主要特点是桨叶与轮毅固定连接，当风速变化时，桨叶的迎风角度固定不变。利用桨叶翼型本身的失速特性，在高于额定风速下，气流的功角增大到失速条件，使桨叶的表面产生紊流，效率降低，达到限制功率的目的。采用这种方式的风力发电系统控制调节简单可靠，但为了产生失速效应，导致叶片重，结构复杂，机组的整体效率较低，当风速达到一定值时必须停机。 1.2变距调节方式 在目前应用较多的恒速恒频风力发电系统中，一般情况要维持风力机转速的稳定，这在风速处于正常范围之中时可以通过电气控制而保证，而在风速过大时，输出功率继续增大可能导致电气系统和机械系统不能承受，因此需要限制输出功率并保持输出功率恒定。这时就要通过调节叶片的桨距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩。由于变桨距调节型风机在低风速时，可使桨叶保持良好的攻角，比失速调节型风机有更好的能量输出，因此，比较适合于平均风速较低的地区安装。变桨距调节的另外一个优点是在风速超速时可以逐步变化到无负载的全翼展模式位置，避免停机，增加风机发电量。对变桨距
一、单选题（共35分，每题1分） 1.主导风向频率在（ D ）以上的地区，可以认为是风向稳定地 区。 A、30% B、50% C、60% D、80% 2.风电场选在容量系数大于( A)的地区，有较明显的经济效益。 A、30% B、20% C、10% D、5～15% 3.风速随地面高度的变化随之变化,地面粗糙度越大，这种变化就 ( A )。 A 、越大 B、越小 C、基本不变 D、不确定 4.将50W／m以下、3～20m／s风速的年累积小时数在( A )以下的 划为风能贫乏区。 A、2000 B、2000～3000 C、3000 D、1500 5.风速仪传感器属于（C）。 A、温度传感器; B、压力传感器； C、转速传感器； D、振动传感器。 6.在一个风电场中，风力发电机组排列方式主要与（ C ）及风力 发电机组容量、数量、场地等实际情况有关。
A、风速; B、空气密度； C、主导风向； D、高度。 7.风力发电机达到额定功率输出时规定的风速叫（B ）。 A、平均风速； B、额定风速； C、最大风速； D、启动风速。 8.风力发电机开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫（ C ）。 A、额定风速； B、切出风速； C、切入风速； D、平均风速。 9.当风力发电机组呈矩阵分布时，一般各风机间的间距不小于 （ A ）倍风轮直径。 A、3-5； B、1； C、5； D、7。 10.风力发电机组系统接地网的接地电阻应不小于（ D ）Ω。 A、2； B、4； C、6； D、8。 11.风速传感器的测量范围应在（ C）。 A、0~40m/s； B、0~50m/s； C、0~60m/s； D、0~80m/s。 12.接受风力发电机或其他环境信息，调节风力发电机使其保持在 工作要求范围内的系统叫做（ A ）。 A、定浆系统； B、保护系统； C、控制系统； D、液压系统。
风力发电系统的基本原理 一、风力发电的基本原理 风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始 发电。风力发电的原理说起来非 常简单，最简单的风力发电机可 由叶片和发电机两部分构成如 图1-1所示。空气流动的动能作 用在叶轮上，将动能转换成机械 能，从而推动片叶旋转，如果将 叶轮的转轴与发电机的转轴相 连就会带动发电机发出电来。 二、风力发电的特点 （1）可再生的洁净能源 风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。 （2）建设周期短 一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。 （3）装机规模灵活
可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台。 （4）可靠性高 把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。 （5）造价低 从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。 （6）运行维护简单 现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。 （7）实际占地面积小 发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。 （8）发电方式多样化 风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解决
太阳能发电和风力发电 概述 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
太阳能发电和风力发电概述 上海力友电气有限公司专业为太阳能发电、风力发电、燃料电池发电、水力发电等各种可再生能源发电系统提供各种完美的工程方案，其产品主要应用于可再生能源并网发电系统、离网型村落供电系统及各类户用电源系统，并可为电网困难地区的通信、交通、路灯照明等提供电力帮助。 一、离网发电系统 风机和光伏组件为发电部件 控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。 蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。 逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，逆变器的高效运行也显得非常重要。 产品包括 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源 二、并网发电系统 可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。 并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。 产品包括 A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器（双馈变流器，全功率变流器）
风能运行内部相关设计 姓名： 学号：200 学院：电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气班 教师：（教授）
风能和太阳能互补性 摘要 风能和太阳能风能和太阳能的利用和发展已有三千多年的历史，是一门古老而又年青的科学、实用而又和生活关系密切的科学、可再生而又能保护环境的科学、现时又为可持续发展的科学，是一次投资可多年受益的产业。在众多新能源领域中，风力发电和太阳能发电的开发和利用被首当其冲优先发展，是当今国际上的一大热点，因为风能和光能的利用，是不用开采、不用运输、不用排放垃圾、没有环境污染的技术，是保护地球，造福子孙后代的百年大计工程。 风能和太阳能都是清洁、储量极为丰富的可再生能源，我国幅员辽阔，风能资源丰富，据估算，我国陆地可开发风能储量约为2.5×l08 kW，海上风力资源量更大，可开发风能储量绚为7.5×l08 kW。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×l018 kWh，相当于1.3×106亿吨标准煤。中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1.7×104亿吨标准煤，大多数地区年平均日辐射量在4kWh/m2以上。风能和太阳能的应用方式多种多样，其中用于发电是最常见也是最重要的形式之一。 关键词：风能，太阳能，风光互补
1·风光互补 风能、太阳能都是无污染的、取之不尽用之不竭的可再生能源，小型风力发电系统和太阳能光电系统在我国已得到初步应用。这两种发电方式各有其优点，但风能、太阳能都是不稳定的，不连续的能源，用于无电网地区，需要配备相当大的储能设备，或者采取多能互补的办法，以保证基本稳定的供电。太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性，我国属季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射强度小；夏季风小，太阳辐射强度大，在季节上可以相互补充利用。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而使风能加强。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电，比单用风能和太阳能更经济、科学、实用。 利用风能和太阳能具有的互补性，开发风光互补发电系统，可以弥补太阳能和风能相互之间的不足，年发电量图如图1所示。