幾種常見的風力發電機組及其特點

摘 要：隨著我國能源的消耗，我國能源的數量也不斷地減少，特別是不可再生能源，因此我國能源就要朝著開發可再生能源的方向進行發展。故此本文就對可再生能源——風力進行了相關的研究，對我國幾種常見的風力發電機組進行了以下的分析。

關鍵詞：恒速；變速恒頻；變速

為了更好地提高對風能的利用效率，保證我國的能源供給，本文就對恒速風力發電機組、變速失速型發電機組、變速恒頻雙饋式發電機進行了相關的分析。

1 恒速風力發電機

恒速風力發電機組是我國最為常用、也是應用最為廣泛的風力發電機組，恒速風力風電機組主要是有風力機、感應發電機、電容組、軟起動裝置、變壓器等組成。恒速風力發電機，顧名思義，使用該發電機組能夠很好地保證發電機組的運行的速度，而發電機組的運行速度主要是有機組的極數和齒輪箱決定的。在恒速風力發電機組的組成構件中，不同的構件所起到的功能是不同的，如雙速發電機能夠保證風力發電機以兩種速度運行，提高發電機組的輸出功率；軟起動裝置則能夠控制好發電機在切入和切出的過程中的沖擊電流；電容器則能夠為風力發電機組提供無功補償。恒速風力發電機組主要擁有組成結構簡單、投入成本低、控制方式簡單以及維護方便等優點，因此才能在我國廣泛應用。但是在使用過程中，恒速風力發電機也具有以下的缺點：第一，需要借助電容器來進行無功補償；第二，在輸出電能的時候，其輸出的功率波動幅度較大；第三，對于風力發電機的風葉要求較高；第四，穩定性較高，一旦出現失速的情況，將無法保證電能的輸出功率。

2 變速失速型風力發電機

變速失速型發電機主要是通過改變槳的距角，進而使得風葉剖面的攻角發生變化，從而達到迎合風速變化的目的。因此，變速失速型風力發電機能夠結合風速的高低來進行調整，在風速較低的時候，能夠更加充分地利用風能，提高風力發電機的輸出功能，在風速較高的時候，借助改變葉片剖面的攻角來調整葉片的氣動性能，進而起到調速的作用。變速失速型風力發電機主要有同步發電機、全功率變頻器、直流側電容器等等組成，變速失速型風力發電機組主要有3種運行模式，分別是起動狀態、欠功率狀態以及額定功率狀態。在不同狀態下，發電機組的變槳距是不一樣的，在起動狀態時，發電機組的變槳距是定值，而且是由轉速信號進行控制的；在欠功率的狀態下，發電機的變槳距是和定槳距發電機組相同的；在額定功率狀態下，發電機組的變槳距是由功率進行控制的。

變速失速型風力發電機的主要優點是能夠很好地提高風力的利用率，當風力處于低速的時候，變速失速型風力發電機能夠結合風速的變化，通過調整葉尖的速度來獲得最大的風能；當風力處于高速的時候，變速失速型風力發電機也能夠很好地結合風速的變化來儲存和釋放能量，從而保證發電機組的性能，保證穩定地輸出功率，從而提供更高品質的電力。除了優點外，變速風力發電機也存在著缺點，因為風力發電機組的投入成本較高，特別是變頻器的造價高，而且在使用過程中，變速風力發電機組的損耗也大，對于相關的技術要求也高，因此即使變速風力發電機能夠很好地提高風力的利用率，但是卻未能在我國進行廣泛地使用。

3 變速恒頻雙饋式風力發電機

變速恒頻雙饋式風力發電機組是變速風力發電機組的一種，主要是有風力機、感應機齒輪箱、直流側電容器等組成。因為雙饋式的發電機的定子能夠直接與電網進行連接，而且雙饋式發電機的轉子能夠借助VSC變頻器的幫助來連接到電網中，因此變速恒頻雙饋式風力發電機的運行范圍是比較廣泛的，并且能夠實現與電網之間的雙向能量傳輸。變速恒頻雙饋式風力發電機組與電網之間的傳輸方向是由發電機的運行速度決定的，當發電機的速度處于次同步的速度時，能量就由定子流向轉子，當發電機的速度時處于超同步的速度時，能量是由轉子流向電網。

因為變速恒頻雙饋式風力發電機的一種，因此變速恒頻雙饋式發電機也具有變速風力發電機的優點，能夠很好地提高風能的利用率，除此之外，變速恒頻雙饋式發電機還具有以下5個優點：第一，變速恒頻雙饋式發電機的穩定性高，因為變速恒頻雙饋式發電機可以通過控制轉子的電流來控制電機的轉差、無功功率以及有功功率；第二，變速恒頻雙饋式發電機不需要無功補償裝置，從而有效地降低了風力發電機組的成本投入；第三，變速恒頻雙饋式發電機能夠很好地降低發電機組在輸出功率時的波動以及機組的機械應力；第四，由于變速恒頻雙饋式發電機中變頻器的容量在風力發電機的額定容量中所占的比例較低，大約只占1/4，因此能夠很好地降低風力發電機的投入以及風電機在運行過程中的損耗；第五，能夠很好地保證電能的質量，提高電力的穩定性和安全性，因為變速恒頻雙饋式發電機的轉子能夠控制功率的因數。在我國，變速恒頻雙饋式發電機主要是應用在大型的風力發電機組中，因為變速恒頻雙饋式發電機的價格比較高，而且控制的方式也比較復雜。

綜上所述，本文一共闡述了3種常見的風力發電機組類型，也分析不同類型的風力發電機組的優缺點，因此在選擇相應的風力發電機組的時候，應該結合不同類型發電機組的優缺點，進而選擇更加經濟、適合的風力發電機組。

參考文獻

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（作者單位：中廣核風電有限公司內蒙古分公司）