风力发电原理

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风力发电机原理及风力发电技术

作者：曹爱华 江丽萍

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第03期

摘 要：能源问题是一个世界性的难题，其直接影响着社会的发展与时代的进步。我国为了环境能源危机问题，加强了对能源结构的调整，进一步开发清洁能源。风能作为一种可再生能源，其具有清洁、高效等一系列优点，因此近年来风力发电技术的发展十分迅速。本文重点介绍了风力发电机以及风力发电技术，以期促进我国风力发电行业的进一步发展。

关键词：新能源；风力发电机；风力发电技术；应用

1 风力发电机及其分类

1.1 风力发电机

风力发电机是根据传统的风车改造而来的，其能够将风能转换为机械能，然后通过发电装置将机械能转变为电能。风力发电机在运作的过程中主要是通过叶片来收集风能，然后再通过增速机对叶轮进行加速，从而实现发电。

1.2 风力发电机分类

1.2.1 按照机组容量划分

按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。

1.2.2 按运行特征和控制方式划分

按风力发电机的运行特征和控制方式划分可以将其分为恒速恒频风力发电系统与变速恒频风力发电系统两种。恒速恒频风力发电系统结构简单、控制方便、可靠性高，但是风能利用率不高。变速恒频风力发电系统转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。

1.2.3 风力发电机风轮轴位置分类

风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。 龙源期刊网

风力发电机原理及风力发电技术

能源问题是一个世界性的难题，其直接影响着社会的发展与时代的进步。我国为了环境能源危机问题，加强了对能源结构的调整，进一步开发清洁能源。风能作为一种可再生能源，其具有清洁、高效等一系列优点，因此近年来风力发电技术的发展十分迅速。本文重点介绍了风力发电机以及风力发电技术，以期促进我国风力发电行业的进一步发展。

标签：新能源；风力发电机；风力发电技术；应用

1 风力发电机及其分类

1.1 风力发电机

风力发电机是根据传统的风车改造而来的，其能够将风能转换为机械能，然后通过发电装置将机械能转变为电能。风力发电机在运作的过程中主要是通过叶片来收集风能，然后再通过增速机对叶轮进行加速，从而实现发电。

1.2 风力发电机分类

1.2.1 按照机组容量划分

按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。

1.2.2 按运行特征和控制方式划分

按风力发电机的运行特征和控制方式划分可以将其分为恒速恒频风力发电系统与变速恒频风力发电系统两种。恒速恒频风力发电系统结构简单、控制方便、可靠性高，但是风能利用率不高。变速恒频风力发电系统转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。

1.2.3 风力发电机风轮轴位置分类

风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。

1.2.4 按结构以及运行原理

对于常用的风力发电机，根据其具体的结构以及运行原理，可以将其具体的分为直流电机、感应异步电机和同步电机几大类。不同的发电系统所用的发电机

不同，恒速恒频风力发电系统常使用异步感应电机和电励磁同步电机，异步感应电机运行稳定、结构简单、使用维护方便、环境适应性强，但运行范围较宅。电励磁同步电机可靠性高、频率稳定、电能质量好。变速恒频风力发电系统使用的电机类型比较多，常用的有笼型异步电机、绕线式异步电机、永磁同步电机、混合励磁永磁同步电机、开关磁阻发电机、高压发电机、储能式发电机等。

风力发电什么原理

风力发电是一种利用风能将其转化为电能的发电方式。其原理是基于风能转化为机械能的动力学原理。

当风经过风力发电机组时，风力将会使风轮旋转。风轮连接到一个发电机，这个发电机将会将机械能转化为电能。具体地说，风力作用下，风轮旋转时，风轮内的发电机会运转起来，通过磁铁和线圈之间的作用，相对运动产生感应电流，从而将机械能转化为电能。

风力发电需要一定的风速才能够有效工作。通常情况下，风速需要达到一定的最低值，才能让风力发电机组开始工作。此外，过大的风速也会对风力发电机组产生负面影响，因此还需要设定一个最大风速值，以保护设备的安全运行。

在选择风力发电站的位置时，也需要考虑到地理、气候等因素，以确保能够获得充足的风能资源。因此，通常选择在具有较高的海拔、沿海地区或者开阔地带设置风力发电站，以获得更强的风速。

总的来说，风力发电利用风能的动力学原理，将风能转化为机械能，再转化为电能。它是一种环保可再生的能源形式，因此在全球范围内得到了广泛应用和发展。

风力发电原理(控制)

一、 风力发电的基本原理

风力发电是指利用风能转换成电力的一种清洁能源，其基本原理是将风能转化为机械能，再由发电机将机械能转化为电能。因此，风力发电系统主要包括风能转化系统和发电系统两大部分。

风能转化系统

风能转化系统一般由风轮、变桨机构和转速限制器组成。具体来说，风轮是通过风能驱动旋转，变桨机构可以改变风轮叶片的角度以便控制风轮的旋转速度和转向，而转速限制器则可以限制风轮的旋转速度，以防风轮过快损坏风力发电系统。

发电系统

发电系统由发电机、变流器和电子控制系统组成。发电机将机械能转化为电能并输出到电网中，变流器则将交流电转化为直流电，并控制电能输出的电压和频率。电子控制系统则可以实现对风力发电系统的监控和维护。

二、 风力发电的控制

风力发电系统的控制方案主要分为以下几种：

1. 恒功率控制

恒功率控制是指在风速超过额定风速时，通过调节风轮的旋转速度来控制风力发电系统的输出功率，以便让发电机输出恒定的电功率。这种控制方式可以保证风力发电系统的稳定运行，但是当风速超过一定限制时，风轮的旋转速度会超过允许范围，从而导致发电系统的停机或受损。

2. 变桨控制

变桨控制是指通过改变风轮叶片的角度来控制风力发电系统的输出功率。当风速超过额定风速时，风力发电系统会自动调节叶片角度，以减小叶片受到的风力，从而控制风力发电系统的输出功率。这种控制方式可以确保风力发电系统的安全运行，但是其控制精度相对较低，且需要涉及到大量的机械运动部件，容易受到外部环境的影响。

3. 惯性控制

惯性控制是指通过测量风轮旋转速度和转向来控制发电机的输出功率。当风速超过额定风速时，惯性控制系统会立即闸掉风轮，以避免风力发电系统受到损坏。这种控制方式可以使风力发电系统的响应速度更快，但是需要消耗大量的电能，不太适合长期运行。

三、 风力发电系统的优点

相比于传统的化石能源和核能发电技术，风力发电有以下几个优点：