試論風力發電機原理及風力發電技術

楊槐

摘要：隨著人們生產和生活對電力的需求逐漸增加，風力發電已經受到人們的廣泛關注。風能是一種環保清潔的能源，作為發電的原動力，對推動電力的長久發展有很好的幫助。本文主要對風力發電機的原理以及風力發電技術進行了介紹，以供參考。

關鍵詞：風力發電技術;風力發電機;原理;應用

隨著低碳環保理念的不斷深入，新能源的開發利用被人們廣泛關注，風能是一種環保、可再生的能源，而且由于人們活動對電力的需求不斷增加，將其應用到電力發電中具有很好的發展潛力。在如今的風力發電中，發電機的控制技術在不斷的提升，能夠有效提高風能的利用率，提高發電量，進一步推動電力事業的良好發展。

1.風力發電機的介紹

1.1概念

風力發電機作為風力發電的關鍵設備，主要是利用風能轉化為機械動能，用動力帶動風車的葉輪進行轉動，然后產生電流進行輸出的相關設備。風力發電機是在傳統的風車基礎上發展而來的，風車的葉輪通過風速以及風力的帶動進行旋轉而獲取到風能，然后通過相關裝置等完整的系統來完成風力發電。

1.2種類

風力發電的種類主要有變速風力發電、恒速風力發電以及有限變速風力發電。最開始進行風力發電時，通常都是采用恒速風力發電的方法，其中使用的風力發電機主要是籠型異步發電機，這種發電機的投入成本不高、系統構造相對簡單、穩定可靠，最初的風力發電應用較好。但是這種發電機對轉速的適應范圍較小，如果在運行時的功率過大，使轉速超出允許范圍，就會影響發電機的穩定性。恒速發電由于速度不能靈活調節，也就使風能的利用效率不高，影響其發展使用。在有限變速風力發電中，主要是使用繞線式異步發電機，這種發電機就能夠進行相應的變速，原因是在發電機的轉子上接入外來的可變電阻，從而對發電機的轉速進行相應調節，同時又通過變槳距對轉子進行調整來控制電流，使發電機輸出的功率能夠相對穩定，使發電機的性能得到有效的保證。在變速風力發電中，使用的發電機有多種類型，主要有電勵磁同步發電機、雙饋異步發電機以及永磁同步發電機。電勵磁同步發電機能夠提高有用功率的輸出，使應用的效率得到提高。雙饋異步發電機主要是通過轉子功率的控制來實現變速恒頻，使轉速的運行能夠有效的決定轉差功率，不過這種發電機的使用相對來說部件的使用時限會比較短，而且如果發生異常情況，轉子的電流可能會增加異常，使發電機的負荷增加，不利于使用。永磁同步發電機的使用優勢較為明顯，在變速發電中其應用效果比前兩種都要好，這種發電機主要是使用直接驅動的方式，相對來說系統的傳動較為簡單，輸出功率較高，將其應用到風力發電中會是最廣泛的一種。

2.風力發電機的運行原理

風力發電機的組成主要有葉輪、發電裝置、儲能裝置、塔架、機艙等部件。其中用來發電最主要的是葉輪，機艙中有變槳距裝置、偏航裝置、機組發電裝置，其機艙罩上有風向傳感器以及風速傳感器，還有通風裝置及隔音器附在艙壁中，機艙與塔架進行連接，并設有相關的控制電纜、通信電纜以及動力電纜等，以此來連接控制系統與發電機。塔架的底部用鋼筋混凝土結構來進行固定，并做好防雷接地處置。風力發電機在工作時的原理主要是，當風帶動空氣流動時，經過葉片，帶來動力引發葉輪進行轉動，葉輪在轉動時其主軸與齒輪箱之間會形成機械能，由齒輪轉動加速而轉化為動能，使發電機輸出電流進行發電。其中能的相互轉化使用的原理是空氣動力學，是利用風帶動空氣在葉片的兩面產生壓力差值，利用這種差值來使葉輪進行旋轉和產生橫切向的風流，進而促進能的相互轉化，最終使發電機輸出電流進行發電;這種原理具體來說一方面是氣流在葉片的表面進行流動時，其速度的變化會使氣流的壓力產生影響，另一方面是氣流在葉片上的流動，會使表面附層上有摩擦力產生，這樣兩種力在葉片上就會形成一種合力，就是空氣動力，以此來進行風力發電^[1]。

3.風力發電技術

3.1變槳距調節技術

在風力發電技術中，變槳距調節是主要的技術之一，利用這種技術進行發電是通過有效的調節葉片的迎風面與旋轉軸縱向面之間的角度，使葉片受到的阻力和受力都能夠得到相應的調節，同時在風力較大的情況下，風力發電機的輸出功率可以得到一定的限制，控制好輸出功率的穩定性，使風力發電機的運行能夠基本在恒定作用下進行，這樣發電才能夠保障穩定^[2]。通常在進行變槳距調節時，從實踐中可以得知，風力發電機的輸出功率在整體上的變化趨勢是平滑的曲線，風速保持額定的狀態，發電機的機組控制器會將葉片的攻角控制在零左右，保持下來，基本上是屬于定槳距調節。另外，如果風速超出了額定狀態，機組的結構會由變槳距來進行相應的調節，使葉片的攻角發生變化，從而控制發電機的輸出功率，使其能夠保持在一定的范圍內，這樣發電機在發電時的效率能夠相對較好，減少了風速變化對發電機運行的影響。再者，變槳距在進行調節過程中，風力機的啟動速度相對來說比較低，在調節完停止使用時，具有較為緩和的沖擊力。在實踐應用過程中可以知道，變槳距調節技術在使用時，控制發電機的功率是正比于風速的三次方的，如果風速的變化不大，其風能的變化就會比較大，這樣就能夠使風力發電機在發電時的效率得到較好的提高，使風能的利用率也更加充分。

3.2變速恒頻發電技術

變速恒頻發電技術在進行使用時，其發電機通常是使用交流電勵磁雙饋發電機組，這種發電機組的構成通常是增加相應的電刷以及滑環在其轉子的繞組中，發電機組在進行發電時，電勵磁的頻率直接關聯于轉子的速度^[3]。從有關實踐中可以知道，變速恒頻發電技術使用時，這種發電機組區別于異步發電機，也差別于同步發電機，不過結合了這兩種發電機的部分優勢，使風力發電的效率能夠得到有效的提高。在使用交流電勵磁雙饋發電機時，變速恒頻發電技術的實施主要是利用控制交流電勵磁的頻率、幅值以及相位來實現變速恒頻，這樣就能夠在發電機運行過程中將功率的輸出利用率進行有效的提高，減少無功率的輸出，這樣在電網運行過程中，能夠使電力的輸送效率更高，運行更加穩定，能夠減少電能源的無效損失，進一步保障了風力發電的質量。在使用交流電勵磁雙饋發電機組進行變速恒頻發電時，能夠對風力發電起到較大的積極作用，發電機組在工作的過程中，能夠為投入費用帶來一定的節約，這是因為利用這種方式對發電機組進行控制時，實際的功率要比額定功率小很多，從而就會使相應的裝置在體積上也不用過大，費用投入相應就不會太大，有助于廣泛使用。另外，風力發電機的機組構成裝置在使用時做出了一定的調節，在速度發生變化時，裝置間能夠形成的機械應力就會相應的得到減少，對機組的運行進行控制時相對就便捷、機動，使風力發電的效率和質量都能得到有效的提高，進而推動電力事業的長久發展。

結束語：

風能源是大自然提供的，具有可再生性，也是一種環保能源，利用風能進行發電拓展電力事業，對于滿足我國生產生活用電需求有很好的幫助。而且隨著科技的發展，風力發電技術也會不斷的完善和成熟，風力發電的應用也會逐漸廣泛。因此，對于風力發電機以及風力發電技術要加大研究和創新，切實的提高風力發電的利用效率，使電力的發展能夠更進一步。

參考文獻：

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