風力發電機及其功率變換器的發展現狀

高新平 楊振元

摘要：風力發電機的設計制造與諸多行業密切相關，風力發電機作為風力發電領域的關鍵技術點，進行探索非常必要。本文綜述了國內外風力發電機的發展概況，簡要介紹了風力發電機最新研究進展，但是風電技術的發展還存在著一定的問題，希望我們早日能夠攻克難關，為新能源的開發利用奠定重要的基礎。

關鍵詞：風力發電機;功率變換器;發展現狀

中圖分類號：TM315

文獻標識碼：A

文章編號：1672 - 9129（2018）12 - 0090 - 02

1 技術現狀

在風電系統中，風電之所以能夠轉換為電能離不開核心部件的作用，即風力發電機。風力發電系統是由多個部件共同組成的，包括風輪、齒輪箱、發電機、功率變換器、變壓器等。在發展初期風力發電機采用的是小容量直流發電機，而風電機組大型化已成為發展趨勢，在其影響下目前風力發電機的主要形式交流發電機。

由于風力發電技術處于飛速發展階段，早期的直流發電機、籠型異步發電機已成為歷史，由雙饋異步發電機所替代，而低速直驅永磁同步發電機也逐漸得到推廣。由于風力發電機技術水平的不斷提升，對風力發電整體技術起到積極的推動作用。由于雙饋異步發電機和控制技術已趨于成熟，在風力發電系統中實現了變速恒頻風力發電，占據主流地位。

對風力發電機的類型加以劃分，如果遵循的標準是風力發電機的運行特征可發分為恒速、有限變速、變速三種風力發電機。

2 發展趨勢

不論是現代社會還是經濟發展都是以能源為基礎的，但是能源工業的發展形式是嚴峻的，遠期，面臨著礦物資源枯竭危機。近期，要承擔全球環境污染的壓力。尤其是中國經濟處于高速發展階段，此問題顯得尤為嚴重。為了使全球能源問題得到解決，可再生能源的開發是根本途徑。而風能是典型的可再生能源，清潔環節，已引起全世界的關注，發展空間廣闊。風能的蘊藏量是極其巨大的，把統計全球有2X 10 7MW可以被利用，是地球可開發利用水能的10倍，其總量極其巨大。還要注意的是風能向電能轉換，無須消耗石化能源，更不會有廢料及有害氣體產生，環境不會受到污染，可以就地取材，無須付出運輸費用。在所有新能源之中風能的成本最為低廉。而風力發電是新興產業，其商業發展前景廣闊，是解決世界能源問題的主力軍。

由于各國政策的傾斜，加之科技迅速發展，對風力發電起到積極的促進作用，其發展前景是廣闊的。經過研究認為在未來幾年時間里，世界風力發展體現出以下發展趨勢：1、風力發電機的單機容量越來越大，利用率顯著提升。達到2～ 3MW以上的風電機組已實現商業化，而5MW的風電機組已正式投入使用，與小型機組相比，兆瓦級機組的經濟效益更加顯著;風力發電機組槳葉呈現出快速增長之勢，對風能的捕捉能力達到較高水平;塔架越來越高，經過對比發現在50米處捕捉風能的能力與30米處相比，前者要高于后者20%。在國際風電市上，主流產品是兆瓦級風力機。2、變漿距功率可調節機組迅速發展起來，獨立變槳技術逐漸成熟。定槳距風力發電機組具有不可比擬的優勢，結構簡單，性能可靠，但是變槳距功率調節方式同樣具有自己的優勢，具有載荷控制平穩、安全、高效等特點，在風電及大型風電機組上應用較為廣泛。如果風電機組達到2MW以上，一般情況下采用三個獨立電控調槳機構，在三組變速電機的作用下，并與減速箱相結合，對槳葉分別進行閉環控制。3、關鍵部件的可靠性更強，大型化取得更大的進步。以空氣動力學為基礎，并與商用軟件設計優勢相結合，葉片葉型已逐漸成熟起來，槳葉的材料和結構不斷創新。4、風力發電走出陸地風場的限制，向海面風場延伸。以德國、丹麥等風電大國為例進行研究，這些國家加大建設力度，大規模的海上風電場項目得以建設完成。雖然容量裝機相同，對海上與陸地成本加以比較，前者增加了60%，但從發電量也大幅增加，達到50%以上，而且每向海洋推進10米則使發電量大幅增加，達到30%以上。在甸東部沿海地區，風能資源極其豐富，與陸地風能資源相比，超過3倍以上;由于與電力負荷中心的距離較近，可以做出判斷，我國今后新興能源基地是海上風電場是發展的必然趨勢。5、全球率變流技術已逐漸興起。從最近幾年的情況來看，以歐洲ENERCON、WINWIND為代表的大公司把全功率變流并網技術應用于實踐中并取得良好的效果，風輪和發電機的調整范圍顯著擴大，額定轉速達到O至150%，使風能的利用范圍得以擴大，電網供電的電能質量得到有效的改善。

3 結論

風能向電能轉換的過程中，風力發電機成為不可缺少的核心部件，早在上個世紀的70年代末各種風力發電機拓撲結構不斷出現，涌現出不同的發電系統，在本論文中對國內外主要類型的風力發電機進行研究，針對其技術特點加以評述，對于不同類型風力發電機的經濟技術性能進行比較分析，探討最新發展趨勢，把研究進展表現出來，對我國風力發電研發工作具有重要的參考價值。

參考文獻：

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