发电技术研究论文
多年来，我国电力企业和设备制造企业都在全力以赴进行机组改造，这是因为，在我国发电系统中，一些中低参数、小容量的蒸汽发电机组还在运行，这些机组的热效率很低，且大多属超期服役，如果将其在短期内全部拆除，从经济上和电力需求方面来看，是不现实的。同时，一些早期安装的高参数机组，如100～200MW机组，由于受当时设计制造水平的限制，运行时间较长，已接近或达到额定寿命(10万运行小时)，这些机组存在着效率低、煤耗高的问题。
因此，将中低参数机组改造为既发电又供热的“热电联产”机组，供生产和生活用汽需要。同时用现代科学技术改造和翻新老机组，使老机组焕发青春。机组通过改造不仅可以大大降低煤耗，提高机组的经济性，而且可以提高运行的可靠性和延长机组的寿命，这一措施无疑有着深远的意义和较高的经济价值。
1 机组改造的几种技术形式
汽轮机改造有多种技术形式，每种形式都有其特点，必须具体问题具体分析，全面考虑，达到改造的目的。
1.1 通流部分现代化改造
随着现代科学技术的快速发展和设计方法的不断完善，汽轮机设计水平较过去有了很大提高，全新高效新叶型、全三元气动设计技术系统、通流部分通道优化设计、自带围带动叶片、高效新型整圈阻尼长叶片设计和调频技术、弯扭型和马刀型叶片设计等新技术在各制造厂新产品开发中成功应用。这些技术代表汽轮机领域内最新发展趋势，通过采用这些先进技术来改造老机组将使机组的经济性、安全可靠性及运行灵活性达到国外同类机组的先进水平。这也是国外电站行业发展的一个显著特点。因此近几年来，各制造厂都在努力开展机组改造工作。其中200MW机组改造已全面展开，并取得了很大成绩，为以后机组通流改造积累了很多经验。
1.2 抽汽改造
汽轮机抽汽改造是利用原回热抽汽口加大面积或利用汽缸开孔增加抽汽，供生产和生活用汽需要，实现热电联产;联通管开孔(如100MW机组)抽汽也是一种特殊形式。
采用较多和较容易实现的是非调整抽汽改造，要求抽汽量不大，且比较稳定，抽汽压力允许有一定的波动，抽汽量和抽汽参数可以通过调整进汽量而小范围调整，这种改造简单易行，费用也低，但供汽量小，热能利用率不够高。根据机组本身的具体情况，也可改造成可调整抽汽，完全变成抽汽机组，实现热电联产，以热定电，经济价值较高，综合效益及社会效益明显。
联通管打孔抽汽也易改为可调整抽汽，机组加装调节阀，在热负荷较大及变化幅度较大的情况下可实现稳定的供汽参数。
还有一种改造方式是将抽汽后隔板堵掉一定面积，流过的蒸汽满足加热器和转子冷却要求。这种改造简单易行，供汽量更大，但要求供汽量比较稳定。当然如果热负荷很稳定，量又很大，也可改造为背压机组运行，这是另外一种形式的技术改造。
总之，进行抽汽改造实现热电联产，既供热又发电，是节约能源的有效途径，是目前采用较多的一种机组技术改造形式。
1.3 改造为背压机组
改造机组以供汽为主，发电为辅，供汽负荷稳定且不要求冷凝工况运行，无热负荷时机组停运，此时可将机组改造为背压机组，这样可以保证机组改造获得最佳经济效益。背压可根据热负荷来确定，根据热力核算确定排汽口位置，将以后的各级拆除。调节系统仍可采用原系统适当进行调整。这种改造适用于生产均衡的工业企业供热或集中供热系统。
1.4 改造为低真空运行机组
凝汽机组改造为低真空循环水供热亦即将凝汽器循环水系统略加修改，增设管路及热水泵等设备，并与外部热水网相连接，在机组运行时，使循环水出口温度升高到40～60℃或更高的温度，以达到采暖供热的要求。改造后，机组发电能力虽有所降低，但机组排汽的汽化潜热得到了充分利用，减少了冷源损失，提高了能源利用率，使高品位的热能用于生产高质量的电能，低品位的热能用于采暖，实现了能源的梯级利用，而且可取代单独供暖锅炉，改善城镇居民的生活环境。
1.5 安装新的前置和后置机组
这种改造是将中低参数锅炉改为高参数新锅炉，在原机组前加装一台高参数背压机组，使排汽参数满足原机组进汽参数要求，从而提高了机组效率，如果能同时将中低参数机组改造为抽汽机组，则综合效益会更高。这种形式的改造，机组在运行时，要做好前后机组的运行匹配。
有的电厂根据当时情况安装了高参数背压或抽汽机组，但后来热负荷发生了变化，造成背压机组不能正常运行，抽汽机组不能在最大工况下运行，甚至在冷凝工况下运行，造成设备闲置和浪费，在这种情况下可以考虑加装后置机组，提高设备的利用率和电厂综合经济效益。
2 机组改造的一些技术措施
2.1 热负荷的确定
准确地确定热负荷是保证机组改造成功及提高经济性的关键，
对于不可调抽汽改造，其抽汽量和抽汽参数只能通过调整进汽量而小范围调整，因此确定抽汽量应根据当时的用汽情况，长时间保持稳定，以保证机组能在经济性较佳的抽汽工况下运行，当热负荷偏大和偏小时，再适当地采取其它措施或利用其它设备，保证改造机组的热能利用率和综合经济效益。
2.2 低真空运行的一些技术措施
采用低真空供暖后，需要注意的问题：
a.内效率降低。由于采用低真空运行，末几级在偏离设计工况下运行，降低了内效率，同时末几级容量流量大幅度降低，造成脱流、回流，引起不稳定振动，使末几级尤其末级动应力增大，增加了疲劳破坏的危险性。因此机组改造后，应进行末级流场和强度计算校核。
b.因提高背压和循环水温，凝汽器热膨胀增大，影响凝汽器铜管在管板上紧固的严密性，或者铜管内结垢或聚积从70～80℃的热网中分离出的一些氧化物，导致传热恶化，使排汽温度和端差不断上升而无法运行。因此在运行时，需经常注意观察和维护。
2.3 排汽温度的变化和机组振动问题
机组改造为背压式或低真空运行，由于末端温度升高，低压轴承温度也升高，但一般升高不多，可由轴承润滑油带走，回油温度略有升高。若要避免回油温度升高太多，则可适当扩大进油口，增加进油量。
同时，由于排汽温度升高，排汽缸支承座膨胀量增加，使汽轮机后轴承抬高量增加，造成机组振动值增大，因此需进行轴承抬高量详细核算和重新确定标高值。经计算及分析表明，若在转子找中时考虑轴承的标高变化，不会产生振动问题。
对于拆除叶轮的改造，由于转子质量变轻，轴承比压及静挠度发生变化，改造后需重新计算临界转速及轴承静抬高量，并要重新进行转子动平衡试验，保证不出现振动问题。
2.4 强度和刚度核算
机组改造后，对工作条件及结构发生变化的部件如汽缸、隔板、叶片、转子、螺栓等需进行详细的强度和刚度核算，对改造为背压机组还需进行密封性校核，必要时可更换螺栓材料，提高螺栓的初应力。
2.5 热力系统
为使机组改造后在满足热负荷的条件下提高效率和经济性，对原有加热器尽可能保留，但由于各抽汽口的参数可能会发生变化，因此应进行适当的调整，必要时也可取消个别加热器。
2.6 抽汽管的布置与焊接工艺
当机组改为抽汽时，抽汽口应尽量利用原抽汽口加大。如要在汽缸上开孔，为了不使汽缸刚度降低太多，一般采用一个或几个圆孔或扁圆孔，然后采用联箱汇聚在一起。抽汽管的材料若用合金钢管，则焊条也需用合金钢焊条，焊接时需整体加热，以保证汽缸不引起较大的变形。若用奥氏体钢焊条，虽可以冷焊，但汽缸易产生裂纹。因此，在温度允许时最好采用碳钢管，用结507焊条，塑性较好，焊后回火，可保证强度。在抽汽管道设计时，应注意不应有过大的附加推力作用在汽缸上，可以在管道上加装膨胀节，以免推力过大使汽缸跑偏。
2.7 轴封系统
机组改造为背压或低真空供热机组，使轴封端压力升高，为了保证汽封不向外泄漏，可增加抽汽器，并将后汽封体加长，增加汽封圈数，对于背压机组可将汽封体移到拆除级的位置。
2.8 抽汽机组的补给水
改造为抽汽机组后，补给水量增加，如果是补充热水可直接补在除氧器内，如补给水温度较低，需加热后补在除氧器内。也可在凝汽器喉部采用喷雾冷凝排汽，满足补给水需要，但这种补水方法对补给水量有一定的限制。
2.9 调节和保护系统
机组改造时，调节系统需进行调整或改造，对于冷凝式机组，其调节系统是按转速——电负荷关系来进行调节的，改为供热机组后，对于非调节抽汽，应按热负荷来调节进汽量。为了节省投资，可采用电气调压系统由压力变送器产生电气信号，经同步器动作调速系统，调节进汽量，维持供汽压力。机组改造为可调整抽汽机组，调节系统应进行较大改造，以便可根据热电负荷来调节进汽量，或者调节电负荷满足热负荷需要。调节系统需要增加调压器、油动机、滑阀及连接件和管路等，并需要增加调节系统进油量。
对抽汽改造的保护系统，在紧急工况甩负荷时应自动切除调压系统，强迫关闭抽汽逆止阀和抽汽调节阀(回转隔板)，并动作同步器，关闭调节阀。当抽汽压力过高时，应有过压保护。
3 结束语
3.1 用现代科学技术翻新和改造老机组，是投资少、见效快、提高经济效益的有效途径;
3.2 城市电厂老机组改造为热电联产、集中供热，从技术上是可行的，经济效益是显著的;
3.3 在今后电网中，随着大功率高参数机组的增加，电网供需矛盾逐步缓解，100MW和200MW凝汽机组改造为以热定电的供热机组将是未来改造的一种趋势;
3.4 每种改造形式都有其特点和难点，具体问题具体分析，对不同型号机组进行不同形式的技术改造，以达到提高机组运行经济性和延长寿命的目的;
关键词：定桨距风机,桨叶加长节,安全评估,功率曲线,发电量
0引言
随着我国风电行业的快速发展,风电行业朝着大型化发展,而风电发展初期的定桨距风力发电机型实际运行情况关注度越来越低,据不完全统计,定桨距风电机组国内存量约万台[1,2],大部分定桨距风电项目地处高原地区,高原地区年空气密度普遍较低,远低于标准空气密度1. 225 kg /m3,加之桨叶表面老化引起发电性能下降,导致多数高原地区定桨距机组长期处于欠发状态[3,4],远低于设计要求。为充分利用风资源,提出定桨距风电机组发电性能提升技术研究,提高机组发电效率,实现经济效益的提升。
国际知名整机制造商Gamesa、Vestas、Suzlon、Siemens和Clipper对风力发电机组的发电性能提升技术( 桨叶加装加长节、加装涡流发生器等) 进行了技术研究[5,6],国内研究现状主要是哈尔滨工业大学对桨叶加长节技术的可行性研究[7],曹瑞[8]对加装涡流发生器技术进行了深入研究。
目前,国内外对定桨距发电机组发电性能提升技术仅停留在理论计算和实验室阶段,还未系统地开展技术论证和效果验证。鉴于此,本研究以云某南高原地区750 k W定桨距机组为研究对象,提出桨叶加装加长节、更换长桨叶及加装涡流发生器3 种提升技术,根据机组现场情况结合技术特性,采用桨叶加长节为技术方向,利用BLADED软件进行经济效益预估、载荷仿真和强度校核分析,获取最优的技术方案,技术实施后,通过现场连续一年运行监控统计,评估技术的经济效益和运行安全性。
1性能提升技术
1. 1 桨叶加装加长节
由于风能的吸收和风轮扫略面积成正比,通过增加风轮面积可有效地提高风能捕获,通过加装桨叶加长节增加风轮扫略面积,从而提升发电性能,该项技术具有可操作性较强、风能效率提升显著和经济性好等优点。
桨叶加长技术的关键是合理的桨叶长度选择,理论上,桨叶越长,风能吸收量将越大,但加长桨叶势必导致机组实际载荷的增加,需要评估载荷的增量与原设计裕量的关系,以满足安全运行,获取最优的加长节长度。
1. 2 更换长桨叶
更换长桨叶的技术原理与加长节技术类似,通过增大风轮扫略面积来提升发电性能。该项技术操作简单,但主要部件载荷增量较大,易引起载荷超标现象,需重点评估机组主要结构件安全余量,且一次性投入的成本较高,更换下来的原有叶片除作为备件外没有新的用途,形成资源浪费。
1. 3 桨叶表面加装涡流发生器
风电机组大风运行时,随着攻角变大,桨叶表面出现气流分离,形成涡流剥离现象,造成阻力增大、升力降低,引起桨叶提前失速等不良后果,且随着桨叶老化,加剧恶化,导致发电性能大幅下降。该技术通过在桨叶表面加装涡流发生器,延缓桨叶表面气流过早的涡流剥离,从而提升发电性能。
该技术具有实施成本低、周期短、安全风险小、便捷等特点,但也存在老化、脱落等缺点。该项技术主要难点在于涡流发生器的设计涉及因素较多,如翼型差异、涡流发生器安装位置、涡流发生器形状尺寸、夹角、安装长度等因素,且涡流发生器的增益效果与风电机组所处外界环境也有关,需进行定制化设计,难以形成标准化设计。
2桨叶加装加长节技术
2. 1 加长节的设计
本研究挑选云南某高原地区750 k W机组为研究对象,该风电场海拔在2 420 m ~2 820 m之间,平均风速为8. 1 m / s,空气密度0. 894 kg / m3,属高海拔风电场,机组额定功率750 k W,实际运行最大功率约670 k W,长期处于欠发状态。风电机组的基本参数如表1 所示。
根据机组长期欠发运行,结合3 种技术特性,笔者采用桨叶加长节技术作为研究方向,加长节长度的设计流程图如图1 所示,根据预估发电量增益需求( 8. 5% AEP) ,通过BLADED软件进行理论发电量增益计算,并进行桨叶加长节设计,不断迭代设计寻求最佳加长节长度和结构[9,10,11]。然后本研究进行载荷仿真计算和强度校核分析,以满足设计和安全运行要求,最后获得最佳加长节长度为650 mm,采用圆筒型加长节和长螺栓固定的方式。加装桨叶加长节技术后功率曲线与实际功率曲线对比如图2 所示。桨叶加长节设计模型如图3 所示。
2. 2 载荷计算和强度分析
本研究根据桨叶加长节的结构设计,采用BLAD-ED软件进行载荷仿真计算,使用650 mm加长节的桨叶加长机组与原750 k W机组主要部位的极限载荷对比如表2 所示。
从表2 可知,桨叶加装加长节机组主要部位的极限载荷与原机组设计极限载荷相当,未见明显偏差,且疲劳计算载荷亦相当。叶根Mxy主要用于轮毂强度分析; 旋转轮毂和固定轮毂的Mx,Myz主要用于主轴、机架、主轴承座和各位置连接螺栓等部件的强度分析; 塔架顶部的Mxy,主要用于偏航系统和塔顶法兰的强度分析[12,13,14,15,16]。
2. 2. 1 加长节及螺栓强度校核
桨叶坐标系和加长节结构图分别如图4、图5 所示。加长节底部载荷计算如下:
式中: Mx,My,Mz,Fx,Fy,Fz—加长节底部载荷; Mx',My',Mz',Fx',Fy',Fz'—加长节顶部载荷,也就是桨叶根部载荷; Fx″,Fy″,Fz″—加长节所承受的风载和重力载荷,其中: Fx″ = 0. 5P·A,Fy″ = - mg·sinθ,Fz″ =- mg·cosθ; P—风压,P = V2/1. 6; A—风载面积; m—加长节质量; θ—风轮方位角; h—加长节的长度。
本研究采用式( 1) 的载荷计算方法,通过Bladed通道合并,得到加长节底部载荷,并提取极限载荷( 包含地震工况) ,获得加长节与轮毂结合面处最大弯矩为1 366. 6 k Nm; Fz = 258. 8 k N。据此可计算加长节截面模量为:
加长节截面积为:
加长节根部最大应力为:
加长节材质选用Q345E,Q345E钢板屈服强度335 MPa,安全系数取1. 1,则许用应力为304. 5 MPa,所以 σ2max<[σ],即加长节强度符合设计要求。
加长节螺栓强度的计算采用工程算法,假设工作载荷全用螺栓承受( 保守算法) ,计算方法如下:
式中: FO—受力最大螺栓的轴向力,FM—螺栓预紧力,R—螺栓分布半径,n—单个加长节上的螺栓个数,σbolt—螺栓截面应力,As—危险截面面积。
所用螺栓为M30,细杆直接27 mm,扭矩1 350 Nm,扭矩系数0. 12 ~0. 14。
根据通道合并后得到的最大弯矩为1 366. 6 k Nm;Fz = 258. 8 k N。
将数据代入式( 3) 计算螺栓的截面应力 σ2bolt=874. 86 MPa,而许用截面应力为940 MPa,所以螺栓的强度也符合设计要求。
2. 2. 2 风电机组主要部件强度分析
对于轮毂强度,叶根的倾覆力矩起决定性作用,所以笔者将表2 中Mxy的值1 301. 3 k Nm作为轮毂强度分析的输入载荷值。
通过有限元仿真软件获得的极限载荷下的应力云图如图6 所示。
从图6 可看出,轮毂结构强度符合设计要求。由于桨叶加装加长节并不会增加机组的额定功率,对传动链的结构强度影响很小。
而对于机组内部其他主要结构,其输入载荷来源于风轮,即对于机舱内部包括主轴、机架、主轴承座和各位置连接螺栓等结构件的强度,轮毂的倾覆力矩、扭矩、推力和剪切力起主要作用。本研究分别将表2 中的桨叶加装加长节机组的轮毂载荷与原设计值进行比较,获得轮毂极限载荷比较情况如表3 所示。
通过比对可以看出,除Mx外,其他极限载荷均小于原设计值。因此,笔者采用Mx值为869. 1 k Nm对机舱内各部件进行强度分析,主轴和机架的强度分析云图如图7、图8 所示。
机组主要部件结构强度分析结果如表4 所示。
从表4 所示的计算结果可知,满足设计要求。笔者对桨叶加长后的塔架强度进行了评估,获得的塔架各截面应力及屈曲强度如表5 所示,可看出最危险部位发生在高度29. 57 m处,计算得出的安全裕量为25. 4% ,满足设计要求。
综合评估: 桨叶加装加长节( 650 mm) 技术年发电量增益预期为8. 5% ,各部件结构强度满足设计要求,机组可安全运行。
3风电场测试与评估
为了评估桨叶加长节技术对机组发电性能的提升量,本研究挑选该风电场13#和15#作为试验对象,桨叶加装650 mm加长节。笔者通过连续采集一年的发电数据,统计分析获得13#和15#机组功率曲线对比图如图9、图10 所示。
从图9 和图10 中看出,13#、15#机组桨叶加装加长节后功率曲线基本符合理论功率曲线,最大功率约750 k W,比原功率曲线有明显的功率提升。从对比功率曲线上看,在额定风速区域,加装桨叶加长节后实发功率较原功率多发近90 k W,增益率约12. 75% 。
为了系统评估桨叶加装加长节技术后发电增益与原机型的对比,本研究对加装桨叶加长节后机组在同等风速条件下年发电量与原机型发电量进行对比,数据如表6 所示。
从表6 可知,桨叶加装加长节的机组平均发电量要比原机型同等风速条件下同期的平均发电量高,发电量增益率为8. 64% ,与理论设计指标基本一致。
此外桨叶加装加长节的单台费用按30 万元计算,静态成本回收周期为3 年,成本回报周期短,投资收益率大,每台机组寿命期内发电量增益约168 万元左右,桨叶加装加长节技术对定桨距风机发电性能的提升具有很好的经济性和技术参考意义。
4结束语
针对我国高原地区多数定桨距风力发电机组长期处于欠发状态,发电性能未达到设计要求,为充分利用风资源,提高机组发电效率,本研究挑选云南某高原地区750 k W机组为研究对象,额定功率为750 k W,实际运行最大功率约670 k W,根据机组运行情况,提出桨叶加装加长节技术,利用BLADED进行理论发电量增益计算、载荷仿真和强度校核,迭代后获得最优的加长节长度为650 mm。
摘 要：汽车发电机为汽车用电设备提供电能并将剩余电能储存在蓄电池中，发电机是汽车必不可少的核心零部件之一，因我国地大物博，汽车行驶的工况千差万别，车辆涉水引发的发电机进泥水失效问题普遍存在，本文通过发电机进泥途径、进泥后引起的失效模式、失效零部件确认、问题产生机理四个方面进行现状分析，并针对此问题从发电机排水孔、碳刷、散热孔、排碳孔等面进行研究，提出发电机进泥水的解决方法，并为发电机进泥问题的解决提供借鉴方法和思路。
关键词：发电机；失效机理；散热孔
1 现状分析
1.1 发电机基本构成
发电机由发电机皮带轮、前盖、定子总成、转子总成、整流桥、调节器、后盖、真空泵（带泵发电机）等零部件组成。
图1
1.2 发电机工作原理
外部电路通过碳刷对励磁绕组通电使其产生磁场，爪极被磁化为N极和S极，当转子旋转时，磁通交替在定子绕组中变化，根据电磁感应原理，定子的三相绕组中便产生交变的感应电動势，达到一定转速后调节器侦测到相电压充电指示灯灭，整流器将定子绕组的三相交流电整流成直流电供汽车上电器使用。
1.3 发电机进泥确认
故障确认：发电机装测试台架，B+端、激磁端均连接12V电源，发电机转速超过起始发电转速，使用万用表检测B+端电压无变化，确认发电机不发电；
拆解确认：拆解发电机确认发电机进泥碳刷卡滞在碳刷槽内无法与集电环接触；
进泥痕迹确认：确认进泥痕迹为发电机后盖上部散热孔进入，流到发电机碳刷架部位，进入碳刷槽。
2 原因分析
2.1 失效机理
摘要：风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源，风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统，它直接关系到风力发电的性能与效率。它主要对风力发电的发展现状和前景、风电系统的控制技术、风力发电机及其风电系统和风力发电中的关键技术作了简单的介绍。
关键词：风力发电；控制技术；并网技术；低电压穿越
引言
在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭的双重压力下，对新能源的研究和利用已成为全球各国关注的焦点。风能作为一种可再生的清洁能源，受世界各国的重视程度越来越高，也越来越多的被应用到风力发电中。除水力发电技术外，风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。由于它可以在改善生态环境、优化能源结构、促进社会经济可持续发展等方面有非常突出的作用，目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。
1.国内外风力发电的现状和前景
1.1 国外风力发电发展现状世纪80 ～90 年代，风力发电技术得到了飞速的发展并且逐渐成熟。风力发电凭借它自身的优点，已经延伸到了电网难以达到的地方，给他们带来了很多方便。据全球风能理事会(GWEC)发布的全球风电市场装机数据显示，全球风电产业 2011 年新增风电装机容量达四万一千兆瓦。这一新增容量使全球累计风电装机达到二十三万八千兆瓦。这一数据表明全球累计装机实现了两成多的年增长，新增装机增长达到6%。到目前为止，全球七十多个国家有商业运营的风电装机，其中二十二个国家的装机容量超过 1GW。据估计到 2030 年，欧洲风电装机可达三百亿瓦，可满足欧洲百分之二十的电力需求。
1.2国内风力发电发展现状
我国风力资源储量丰富，分布广泛。陆上可开发的储量为2.53亿kW，海上可开发的储量为7.5亿kW。“大规模、高集中开发，远距离和高电压输送”是我国风电发展的重要特征。近年来，我国风电发展迅猛，2006～2010 年风电总装机容量从260万kW增长到4 182.7万kW，2010年新增风电装机1 600万kW，累计装机容量和新增装机容量均居世界第一。预计2020年我国风电累计装机可以达到2.3亿kW。这意味着未来十年中，风电总装机容量
平均每年需新增1 800万kW。预计每年需新增机组及其配套变流器约9 000台。
2.风电系统的控制技术
风力发电系统的运行方式有三种：独立型、并网型和联合型。并网型风力发电系统由风力机控制器、风力机、传动装置、励磁调节器、发动机、变频器和变压器等组成。
风力发电机组包括风力机、发电机、变速传动装置及相应的控制器等，用来实现风能与电能的能量转换。风力发电的关键问题是风力机和发电机的功率和速度控制。
风电机组中将风能转换成机械能的能量转换装置是风力机，它由风轮、迎风装置和塔架等组成。按结构不同，风力机可分为水平轴式和立轴式两种；按功率调节方式不同，风力机可分为定桨距失速、变桨距和主动失速 3 种。
风电机组中的发电机将机械能转化为电能，发电机在并入电网时必须输出恒定频率(一般为 50 Hz)的电能。按照发电机转速的不同，发电机可分为恒速和变速两类，其中变速需要通过变频器来实现。变频器采用电力电子变流技术和控制技术，将发电机发出的频率变化交流电转换为与电网频率相同、能与电网柔性连接的交流电，并且能实现最大风能跟踪控制。按照拓扑结构的不同，变频器可分为交-交型、交-直-交型和矩阵型三种；按照变频器容量的不同可将变频器分为部分容量和全部容量(全额)两种。
变速传动装置可将风轮的低转速转换为发电机的较高转速，按传动链类型将其分为齿轮箱驱动和直接驱动两种，其中前者包括单级和多级两种齿轮箱驱动。
3.风力发电机及其风电系统
实现恒速或变速风力发电系统有许多种方案，所选发电机的类型主要取决于风电系统的形式。
传统的恒速/变速风电系统共有四种：基于SCIG 的恒速风电系统[1]、基于WRIG 的受限变速风电系统[2]、基于ESC-SCIG 的变速风电系统[3]和基于MMG 的变速风电系统[4]。
现代风电系统一般采用变速恒频技术，这种技术通过变流装置或改造发电机结构来实现。现代变速恒频风电系统共有六种：基于SCIG 的风电系统[5]、基于DFIG 的风电系统[6]、基于直驱式EESG 的风电系统[7]、基于直驱式PMSG 的风电系统[8]、基于半直驱PMSG 的风电系统[9]和基于PMBDCG 的风电系统[10]。
近年来，一些具有商业化潜力的新型风力发电机及其风力发电系统不断涌现。新型变速恒频风电系统主要有以下八种：基于 SRG 的风电系统[11]、基于 BDFIG 的风电系统[12]、基于CPG 的风电系统[13]、基于HVG 的风电系统[14]、基于DWIG 的风电系统[15]、基于
TFPMG 的风电系统[16]、基于DSPMG 的风电系统[17]和基于EVT 的风电系统[18]。
4.风力发电中的关键技术
4.1并网技术的研究和最大风能的捕获
并网技术是通过对全功率电力变换器的控制算法来实现控制目的。并网控制方面，文献
[19]提出了直流侧并网的新方法。在直流电容与 DC/AC 之间安装并网开关。并网前并网开关断开，DC/AC 通过限流电阻对电容进行充电，此时发电机在风力机的带动下转速从 0 上升。当电容充电达到交流电网线电压幅值时闭合并网开关，同步风力发电机并网。正常情况下，发电机转速从低到高逐渐上升，并在某一转速下并入电网。当由于某种原因，发电机在高转速下脱网需要重新并网，由于此时电容已经充电且直流母线电压高于网侧交流线电压幅值，因此只要将并网开关闭合就可实现并网。
直驱式永磁同步风力发电机经电力电子变换器并入电网以后的控制目标是风速小于额定风速时实现最大风能捕获，风速超过额定风速时使系统以额定功率输出[20]。
最大风能捕获的目的就是通过适当的控制，使风力机转速随风速变化，始终沿着最佳功率曲线运行，从而使风能转化最大化。最大风能追踪可以有变桨距调节，也可以通过调节发电机功率来调节转速以保持最佳叶尖速比实现。出于可行性、经济性和可靠性的考虑，当前使用的主要是通过控制发电机输出功率以调节其电磁功率，进而调节发电机转速。
具体实现时，在发电机有功和无功功率解耦控制的基础上，根据有功功率给定的提取方法的不同，又有有速度传感器和无速度传感器的控制方法之分。有速度传感器的控制方法是根据风力机最佳功率曲线和风力机转速实时计算发电机输出功率给定。而无速度传感器的控制方法又有扰动法[21,22,23]、参数估计法、查表法和人工在智能法几类。
4.2低电压穿越的研究
电网电压跌落时，由于受变流器通流能力的限制，网侧逆变器注入电网功率减小。而此刻机侧整流器的功率并没有改变，造成直流侧的过电压。如果维持直流侧电压稳定，则必然造成逆变器过电流。过电压和过电流都将导致电力电子器件的损坏，为了保护变流器不被损坏，风力发电机组将在电压跌落时退出运行。电网穿透率小时，风力发电机组在电压跌落时退出运行还是可以接受的。
然而，随着风力发电规模的不断扩大，若风电机组在电压跌落时仍然采取被动保护式脱网，则会增加整个系统的恢复难度，甚至使故障更加严重，最终导致系统其他机组全部解列。目前在风力发电技术发展领先的一些国家，如丹麦、德国等已相继制定了新的电网运
行准则, 定量给出了风电系统离网的条件（如最低电压跌落深度和跌落持续时间），只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力机脱网，当电压在凹陷部分时,发电机应提供无功功率。这就要求风电系统具有较强的低电压穿越能力，能方便地为电网提供无功支持。因此必须研究低电压穿越的措施，实现电网电压跌落时风力发电机不脱网运行。
文献[24]通过在逆变器交流侧加装无功补偿装置和低通滤波器来应对电网电压不对称跌落对系统所造成的影响，使逆变器只能感受到电网的正序电压，保持其对称工作状态，从而实现低电压穿越；文献[25-28]通过直流侧加卸荷负载以消除电压跌落时直流侧的功率拥堵，避免直流侧的过电压和逆变器的过电流，实现低电压穿越。这些方法都要增加专门的元件，降低了系统的可靠性和经济性，使控制变得复杂。
结论
风电作为我国今后大力重点发展的 3 类新能源之一，在今后将具有广阔的发展和应用前景，风力发电在摆脱对化石能源的过度依赖、缓解中国能源紧缺、改善生态环境和扩大社会效益等方面将做出较大的贡献。本文对风力发电的发展状况，如传统的恒速/变速风电系统、现代变速恒频风电系统和新型变速恒频风电系统进行了简单介绍。随着风电技术的不断变革以及机组制造工艺的持续改进，将来风力发电的竞争力必定逐渐提升，其发展前景广阔。
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电力法的基本原则包括哪些内容？
答1电力事业应当根据国民经济和社会发展的需要，适当超前发展2国家鼓励国内外经济组织和个人依法投资开发电源，兴办电力生产企业，实行谁投资，谁受益的原则。3电力设施和电能受国家保护的原则。4电力建设和电力生产要依法保护环境防治公害。5国家鼓励和支持利用可再生资源和清洁能源发电。6电力企业依法实行自主经营，自负盈亏，并接受电力管理部门的监督。7国家帮助和扶持少数民族地区，边远地区和贫困地区发展电力事业。8国家鼓励采用先进的科学技术和管理方法发展电力事业。
什么叫污闪，哪些情况下容易发生污闪
答，瓷质绝缘表面由于环境污秽和潮湿而引起瓷表面沿面放电以致发生闪络的现象，通常称为污闪，一般在毛毛雨，大雾，雪淞等气候条件下容易发生污闪。
电力变压器的正常巡视检查项目有哪些
答，1声响，油位，温度是否正常，2气体继电器是否充满油，变压器外壳是否清洁，有无渗漏，防爆管是否完整，无裂缝。3套管是否清洁，无裂文，无打火放电现象，引线接头是否良好，有无过热现象。4冷却系统是否正常，吸湿器是否畅通，吸潮剂有无潮体。5负荷是否正常，有载调压装置的运行是否正常，分接开关的位置是否符合电压的要求。
电气绝缘材料在电工技术中有何作用
答，1，使导电体与其他部分相互隔离，2把不同电位的导体分隔开，3提供电容器储能的条件，4改善高压电场中的电位梯度。
试述补偿电容器采用星形，三角形连接各有什么优缺点。
答，1星形连接的补偿效果，仅为三角形连接的1/3，这是因为 1在三相系统中采用三角形连接法时，电容器所受的为线电压，可获得较大的补偿效果。2当彩星形接法时，电容器所受电压为相电压，其值为线电压的1比根号3，而无功出力与电容器电压平方成正比，即QC=U2C/XC故星形接线的无功出力将下降1/3。2星形连接时，当电容器发生单相短路，短路相电流为未短路两相电流的几何和，其值不会超过电容器额定电流的三倍，而三角形连接发生单相短路时，短路电流会超过电容器额定电流的很多倍，易引起事故的扩大。故从短路全方面考虑，采用星形接线比较合理。
试述电气设备接地的巡视内容
答，1电气设备接地线，接地网的连接有无松动，脱落现象，2接地线有无损伤，腐蚀，断股，固定螺栓是否松动，3人工接地体周围地面是否堆放或倾倒有易腐蚀性物质。3人工接地体周围地面是否堆放或倾倒有易腐蚀性物质，4移动电气设备每次使用前，应检查接地线是否良好；5地中埋设件是否被水冲刷，裸露地面，5接地电阻是否超过规定值。试述1000V以上电气设备的接地情况
答：凡电压在1000V以上的电气设备，在各种情况下，均应进行保护接地，而与变压器或发电机的中性点是否直接接地无关
试述液压油的分类及它们的基本情况
答，液压油分矿物油型，乳化型和合成型。矿物油型又分机械油，汽轮机油，通用液压油，液压导轨油和专用液压油。专用液压油有，耐磨液压油，低凝液压油，清净液压油和数控液压油。乳化型又分油包水乳化液和水包油乳化液。合成型又分磷酸酸基液压油和水一二元醇基液压油。
试述淮压系统中滤油器的各种可能安装位置
答，1淮压泵回油管路上，2系统压力管道上，3系统旁通油路上4系统回油管路上，5单独设立滤油器管路上。
流量阀的节流口为什么通常要采用薄壁孔而不采用细长小孔
答，1薄壁小孔的流量特性好，2薄壁小孔不容易堵塞，可以获得最小开充，故可以获得比细长小孔更小的稳定流量。3薄壁小孔的流量公式中不含黏度参数，流量受温度的影响小。试述直流电磁换向阀和交流电磁换向阀的特点
答，交流电磁换向阀用交流电磁铁，操作力较大，启动性能好，换向时间短，但换向冲机和噪声较大，当阀芯被卡阻时，线圈容易因电流增大而烧坏，换向可靠性差，允许的换向频率低。而直流电磁换向阀频率高，冲机小，寿命长，工作可靠但操作力小，换向时间长。
保谓液压系统的爬行现象，如何寻找产生爬行的原因
答，液压传动系统中，当液压刚或液压马达低速运行时，可能产生时断时续的运动现象，这种现象称为爬行。产生爬行的原因道德是和磨擦力特性有关，若静磨擦力与动摩擦力相等，摩擦力没有降落特性，就不易产生爬行，因此检查液压刚内密封件安装正确与否，对消除爬行是很重要的，爬行的产生与转动系统的刚度有关，当油中混入空气时，则油的有效体职弹性系数大大降低，系统刚度减小，就容易产生爬行，因此必须防止空气进行液压系统，并设法排出系统中的空气。另外，供油流量不稳定，油液变质或污染等也会引起爬行现象。
试述液压传动的工作原理
答液压传动的工作原理就是利用液体的压力传递运动和动力，先利用动力元件（液压泵）将原动机的机械能转换为液体的压力能，再利用执行元件液压刚将液体的压力能转换为机械能，驱动工作部件运动。液压系统工作时，还可利用各种控制元件如溢流阀和换向阀等对油液进行压力，流量和方向的控制与调节，以满足工作部件对压力，速度和方向上的要求。
与其他传动方式相比，液压传动有哪些优缺点
答，1传动平衡，易于频繁换向，2质量轻体积小，动作灵敏，3承载能力大；4调速范围大，易实现无级调速，5易于实现过载保护；6液压元件能够自动润滑，元件的使用寿命长，7简易实现各种复杂的动作。8简化机械结构9便于实现自动化控制，10便于实现系列化，标准化和通用化。缺点有：1液压元件制造精度要求高，2实现定比传动困难，3油液易受温度的影响，4不适宜远距离输送动力，5油液中混入空气容易影响工作性能，6油液容易被污染，7发生故障不容易检查与排除。
液压泵的分类和主要参数有哪些
答，液压泵，按其结构形式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵和螺杆泵；按泵的流量能否调节，分为定量泵和变量泵；按泵的输油方向能否改变，又分为单向泵和双向泵。液压泵的主要参数有压力和流量。
液压基本回路有哪几大类，它们各自的作用是什么
答，液压基本回路通常分为方向控制回路，压力控制回路和速度控制回路三大类。1方向控制回路其作用是利用换向阀控制执行元件的启动，停止，换向及锁紧等。2压力控制回路的作用是通过压力控制阀来完成系统的压力控制，实现调压，增压，减压，卸荷和顺序动作等，以满足执行元件在力或转矩及各种动作变化时对系统压力的要求。3速度在控制回路的作用是控制液压系统中执行元件的运动速度或速度切换。
什么是变浆距控制，它有哪些特点
答，变桨距控制主要是指通过改变翼型迎角，使翼型升力发生变化来进行输出功率的调节，变桨距控制风轮的特点如下，优点1启动性好，2刹车机构简单，叶片瞬浆及风轮转速可以逐渐下降；3额定点前的功率输出饱满；4额定点后的输出功率平滑，5风轮叶根随的静动载荷小，6叶宽小，叶片轻，机头质量比失速机组小。缺点1由于有叶片变距机构，轮毂较复杂，可靠性设计要求高，维护费用高。
齿轮箱常见故障有哪几种
答1齿轮损伤。2轮齿折断，断齿又分过载折断，疲劳折断以及随机断裂等。3齿面疲劳，4胶合，5轴承损伤，6断轴，7油温高等。
如何检查齿轮箱异常高温
答，首行要检查润滑油供应是否充分，特别是在各主要润滑点处，必须要有足够的油液润滑和冷却；再次要检查各传动零部件有无卡滞现象，还要检查机组的振动情况，前后连接接头是否松动等
风力发电机组的整体检查包括哪些内容
答，1检查法兰间隙，2检查风电机组防水，防尘，防沙暴，防腐蚀情况。3一年一次风电机组防雷系统检查，4一年一次风电机组接地电阻检查，5检查并测试系统的命令和功能是否正常，6检查电动吊车，7根据需要进行超速试验，飞车试验，正常停机试验，安全停机，事故停机试验。8检查风电机组内外环境卫生状况。
风力发电机组机械制动系统的检查包括哪些项目
答，1接线端子有无松动，2制动盘和制动块间隙，间隙不得超过厂家规定数值；3制动块磨损程度，4制动盘有无磨损和裂缝，是否松动，如埯更换按厂家规定标准执行。5液压系统各测压点压力是否正常；6液压连接软管和液压刚的泄露与磨损情况；7根据力矩表100%紧固机械制动器相应螺栓；8检查液压油位是否正常9按规定更新过滤器；10测量制动时间，并按规定进行调整。
哪些事故出现，风力发电机组应进行停机处理
答，1叶片处于不正常位置与正常运行状态不符时；2风电机组主要保护装置拒动或失灵时，3风电机组因雷机损坏时。4风电机组发生叶片断裂等严重机械故障时，5出现制动系统故障时。
如何处理风力发电机组故障性自动停机
答，对由故障引起的不定期自动停机，即操作手册规定外的停机，操作者在重新启动风电机组之前，应检查和分析引起停机产生的原因，对这类停机都应认真记录，应检查和分析引起停机产生的原因，对这类停机都应认真记录，而未造成临界安全损伤的外部故障，如电网无电后又恢复的情况，在完成停机检查程序后，允许其自动恢复到正常状态。
为什么风电场要进行运行分析
答，风电场进行运行分析主要是对风电设备的运行状况，安全运行，经济运行以及运行管理进行综合性或专题性分析，通过分析可以摸索出运行规律，找出设备的薄弱环节，有针对性地制定防止事故的措施。从而提高风电设备运行的技术管理水平和风电场的经济效益。
试述风力发电对环境的影响
答，1优点，风力发电利用的是可再生性的风能资源，属于绿色洁净能源，它的使用对大气环境不造成任何污染，从另一角度来看充分利用风力发电，也可降低矿物燃料的使用，从而减少污染物的排放量，相应地保留了矿物质第一次性能源。风力发电对场内的土地利用不受限制，未占的大面积土地仍可按计划继续留做他用。2缺点，视觉侵扰，噪声，电磁干扰及对微气候和生态影响都是风力发电的不足之处，便这些负面影响可以通过精心设计而减少。
风力发电机组的日常运行工作内容主要包括哪些
答，1通过中控室的监控计算机，监视机组的各项参数变弯及运行状态，并按规定认真填写风电场运行日志，当发现异常变化趋势时，应对该机组的运行状态实施连续监视，并根据实际情况采取相应的处理措施。2遇到常规故障，应及时通知维护人员，应根据当时的气象条件做相应的检查处理，并在风电场运行日志上做好相应的故障处理记录及质量验收记录。3对于非常规故障，应及时通知相关部门，并积极配合处理解决。
风力发电机组的巡视检查工作重点应是哪些机组
答，在风力发电机组巡检工作中，要根据设备近期的实际情况有针对性地重点检查，1故障处理后重新投运的机组，2启停频繁的机组，3负荷重，温度偏高的机组4带病运行的机组，5新投入运行的机组。
风力发电机组因液压故障停机后应如何检查处理
答，应检查，1油泵工作是否正常，2液压回路是否渗漏，3若油压异常，应检查液压泵电动机，液压管路，液压刚及有关阀体和压力开关等，必要是应进一步检查液压泵本体工作是否正常。4待故障排除后再恢复机组运行。
当风力发电机组在运行中发生主开关跳闸现象应如何检查处理
答，1目测检查主回路元件外观及电缆接头处有无异常，2在拉开台变侧开关后应当测量发电机主回路绝缘以及可控硅是否正常，若无异常可重新试送电，3借助就地临近机提供的有关故障信息进一步检查主开关动作的原因，若有必要应考虑检查就地监控机跳闸信号回路及主开关自动跳闸机构是否正常。4经检查处理并确认无误后，才允许重新启动风电机组。
当风力发电机组发生事故后，应如何处理
答，发事事故时，值班负责人应当组织人员采取有效措施，防止事故扩大并及时上报有关部门及人员，同时应保护事故现场，为事故调查提供便利，事故发生后，运行人员还
请阐述风的测量及自动测风系统的主要组成部分
答，风的测量包括风向和风速测量。风向测量是指测量风的走向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方向所移动的距离。自动测风系统主要由六部分组成。即传感器，主机，数据存储装置，电源，安全与保护装置。传感器分风速传感器，风向传感器，温度传感器，气压传感器，输出信息为频率或模拟信号。主机利用微处理器对传感器发送的信号进行采集，计算和存储，由数据记录装置，数据读取装置，微处理器，就地显示装置组成。
试述风力发电机组巡视检查的主要内容，重点和目的
答，风力发电机组巡视检查工作主要内容包括，机组在运行中有无异常声响。叶轮及运行的状态，偏航系统是否正常，塔架外表有无油迹污染等。巡视过程中要根据设备近期的实际情况有针对性地重点检查，1故障处理后重新投运的机组；2起停频繁的机组；3负荷重，温度偏高的机组，4带病运行的机组，5新投入运行的机组，若发现故障隐患，则应及时报告和处理，查明原因，从而达到避免事故发生，减少经济损失的目的，同时要做好相应的巡视检查记录进行备案
风力发电机组因异常情况需要立即停机应如何进行操作？ 答，操作顺序是，1，利用主控计算机遥控停机，2遥控停机无效时，则就地按正常停机按钮停机，3当正常按钮仍无效时，拉开几力发电机组主开关或连接此台机组的线路断路器，之后疏散现场人员做好秘要的安全措施，避免事故范围扩大。
试述风务发电机组手动启动和停机的操作方式有哪些
答，1，主控室操作。在主控室操作计算机启动键和停机键。2，就地操作，断开遥控操作开关，在风电机组的控制盘上，操作启动或停机按钮，操作后再合上遥控开关。3远程操作，在远程终端上操作启动键和停机键。4机舱上操作。在机舱的控制盘上操作启动键或停机键，但机舱上操作权限于调试时使用。
什么是图标，图标的主要内容包括哪些
答，图标又称标题栏，一般在图样的右下角，其内容主要包括，图名，图号，工程名称，设计单位，设计，制图，描图者，审批及批准者，以及比例，单位，日期等。
试述电气图的主要特点
答，电气图的特点主要有，1其主要表达形式是简图。2其主要表达内容是元件和连接线，3电气图中的元件都是按正常状态绘制的，5电气图往往与主体工程及其他配套工程的图有密切关联
电工测量仪表有哪几方面的作用
答，1反映电力装置的运行参数，监测电力装置回路的运行状况，2计量一次系统消耗的电能，3保证一次系统安全，可靠，优质和经济合理的运行。
为什么三相照明负载要采用三相四线制，假若中线断开时，将有什么问题出现
答，三相照明负载属于不对称负载，且它的额定电压均为相电压。采用三相四线制，有中线是为了各相负载电压对称，使其正常安全工作，若中线断开，则各相电压不对称，有的相电压低于额定值，不能正常工作，有的相电压则高于额定电压，将损坏负载。
在三相全控桥整流装置中，若改变电网电源进线程序，则可能会出现什么情况
答，电路工作不正常，直流输出电压波形不规则，不稳定，缺相，移相等，调节控制不能进行。
试述低压保护的种类及其基本概述。
答，低压保护一般分为；短路保护，过负荷保护和漏电保护（即触电保护，接地保护）三种，短路保护是由熔断器或自动开关中的电磁脱扣器来实现；过负荷保护一般是由热继电器，过流继电器或自动开关中的热脱扣器来实现，漏电保护一般是由漏电继电器或自动开关中的漏电脱扣器来实现。为什么在电力安全生产中一定要始终贯彻安全第一的方针
答，电力生产的特点是高度的自动化及产供，销同时进行，许多发电厂，输电线路，变电站和用电设备组成一个电网联合整体运营，这类生产本身就要求具备极高的可靠性，另外电能不能大量储存，所以电力生产安全的重要性远大于其他行业，2就电力企业在国民经济中所处的地位来说，它既为各行各业提供动力，又是一个广大人民群众所离不开的服务行业。它一旦发生事故，不仅是影响电业本身的职工人身安全和设备安全，而且还可能造成重大的社会影响，所以电力生产安全第一的方针不是暂决定的一项方针，而是由电力生产的客观规律所决定的。3从电力企业本身来说，生产不安全，就不可能做到满发，稳发，多供，少损和文明生产，就不能创造出好的经济效益，所以电力生产必须要始终贯彻安全第一的方针。
为什么要采用三相交流电，三相交流电是如何产生的
风能是一种能量密度低、稳定性较差的能源，由于风速、风向的随机性变化，导致风力机叶片攻角不断变化，使叶尖速比偏离最佳值，风力机的空气动力效率及输入到传动链的功率发生变化，影响了风电系统的发电效率并引起转矩传动链的振荡，会对电能质量及接入的电网产生影响，对于小电网甚至会影响其稳定性。风力发电机组通常采用柔性部件，这有助于减小内部的机械应力，但同时也会使风电系统的动态特性复杂化，且转矩传动模块会有很大振荡。目前，对风力发电机的控制策略研究根据控制器类型可分为两大类：基于数学模型的传统控制方法和现代控制方法。传统控制采用线性控制方法，通过调节发电机电磁转矩或桨叶节距角，使叶尖速比保持最优值，从而实现风能的最大捕获。对于快速变化的风速，其调节相对滞后。同时基于某工作点的线性化模型的方法，对于工作范围较宽、随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统并不适用。
现代控制方法主要包括变结构控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等[7,8]。变结构控制因具有快速响应、对系统参数变化不敏感、设计简单和易于实现等优点而在风电系统中得到广泛应用。鲁棒控制具有处理多变量问题的能力，对于具有建模误差、参数不准确和干扰位置系统的控制问题，在强稳定性的鲁棒控制中可得到直接解决。模糊控制是一种典型的智能控制方法，其最大的特点是将专家的知识和经验表示为语言规则用于控制，不依赖于被控制对象的精确的数学模型，能够克服非线性因素的影响，对被调节对象有较强的鲁棒性。由于风力发电机的精确数学模型难以建立，模糊控制非常适合于风力发电机组的控制，越来越受到风电研究人员的重视。人工神经网络是以工程技术手段来模拟人脑神经元网络的结构与特征的系统。利用神经元可以构成各种不同的拓扑结构的神经网络，它是生物神经网络的一种模拟和近似。利用神经网络的学习特性，可用于风力机的低风速的节距控制。
3存在的问题及展望
尽管近年来我国风电产业得到了迅猛的发展，但同时也暴露出众多的问题。首先，我国尚未完全掌握风电机组的核心设计及制造技术。在设计技术方面，我国不仅每年需支付大量的专利、生产许可及技术咨询费用，在一些具有自主研发能力的风电企业中，其设计所需的应用软件、数据库和源代码都需要从国外购买。在风机制造方面，风机控制系统、逆变系统需要大量进口，同时，一些核心零部件如轴承、叶片和齿轮箱等与国外同类产品相比其质量、寿命及可靠性尚有很大差距。其次，我国风电发展规划与电网规划不相协调，上网容量远小于装机容量。风电发展侧重于资源规划，风电场的建设往往没有考虑当地电网的消纳能力，从而造成装机容量大，并网发电少的现状。2009年新增装机容量中1/3未能上网，送电难已经成为制约风电发展的瓶颈。最后，我国风电的技术标准和规范不健全，包括风机制造、检测、调试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。因此，展望我国未来的风电产业发展，必须加强自主创新掌握核心技术；必须加大电网建设力度，合理规范风电开发；必须加大政策扶持力度，建立健全完善统一的风电标准规范体系。
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自20世纪70年代起, 世界主要发达国家为解决对石油天然气以及其他化石能源的过度依赖, 开始对以风能、光伏等可再生能源的开发利用研究。到20世纪90年代, 在世界范围内已经形成以欧盟、北美和亚洲为代表的多极发展趋势;通过规模化、产业化以及标准化的形成, 以及电压型换流器 (VSC) 和绝缘栅极双极晶体管 (IGBT) 等电力电子设备技术的成熟, 风力发电设备成本、系统运维成本不断下降, 为风力发电广泛推广提供了技术保障。
根据世界能源署《2013年世界能源展望》所描述, “到2035年, 可再生能源将近占全球发电能力增长的一半, 其中间歇式供电占比45%。中国将是可再生能源发电绝对量增幅最大的国家, 超过欧盟、美国和日本增长的总和。”而2014年9月召开的中国能源革命高峰论坛提出, “十三五”期间, 全国风电装机容量将达到“十二五”目标的一倍, 在2020年达到2亿千瓦以上。
2 典型风力发电端系统
在发电端, 在国际上比较主流的几类典型的风力发电机系统有:定速笼型异步风力发电机系统、转子电流受控的异步风力发电机系统、双馈异步风力发电机系统、转子电流混合控制的异步风力发电机系统、变速笼型异步风力发电机系统、电励磁直驱同步风力发电机系统、永磁直驱同步风力发电机系统、混合励磁直驱同步风力发电机系统、横向磁通永磁同步风力发电机系统。
总的来说, 可以根据分为恒速恒频风电系统和变速恒频风电系统, 根据有无齿轮组分为传统驱动和直驱同步系统, 而根据发电机类型又可以分为异步、同步发电机两种。与其他发电机组一样, 风力发电机组与电网并联运行时, 也频率与电网相等并保持恒定, 当前在大型风力发电设备中应用较多的, 是采用双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统, 该系统相比传统异步恒速恒频发电系统相比, 对风能的利用效率更高, 有效可发电时间更长。随着电压型换流器和绝缘栅极双极晶体管等电力电子设备技术的成熟, 电力变频技术日益成熟, 双馈异步发电机和永磁多极同步电机的变速恒频风力发电系统逐渐成为主流风力发电系统。
为解决风力发电机齿轮箱传动磨损和漏油所造成的机械故障多、机组维护工作量大、噪声污染严重、机组的可靠性和使用寿命受齿轮箱影响大等问题, 风力机与发电机转子直接耦合的无齿轮箱直驱式风电机组研究开始受到人们重视, 其产品市场份额迅速扩大。这种结构取消了齿轮箱传动轴, 机组水平方向长度大大缩短, 增加风电机组运行状态中的稳定性。这种结构由于不需励磁创造磁场, 而提高了发电效率。
3 典型风力发电专用输电线路
由于风力资源丰富地区一般远离用电稠密地区, 因此采用适当的风力发电专用输电线路传送电能也是重要的研究课题。现在主要采用的是传统交流输电方式, 但由于风力发电存在丰枯不稳定、风力不可控等特点, 交流输电线路存在很多缺点。目前主要通过以下技术进行改善:
3.1 高压直流输电
高压直流输电基于GTO、IGBT等可关断器件电力电子元件, 并采用脉宽调制技术实现异步联网, 充分利用直流电无感抗、可抵御容抗影响的特点, 有效降低线路造价和运行费用。更重要的是由于直流输电通过可控硅换流器调整功率, 调节速度快, 在系统稳态下可保证稳定输出, 在暂态下可实现潮流翻转。
3.2 轻型直流输电
轻型直流输电以电压源型换流器VSC为核心, 通过大量采用电力电子元件以及电力电子技术进行高可控性直流输电。与高压直流输电相比, 轻型直流输电技术可通过VSC可同时且独立控制有功、无功功率, 受端系统可以使无源网络, 潮流翻转时直流电压极性不变等突出优点。因此对于风电场的长距离功率输送来说, 优势非常明显。
3.3 柔性交流输电
柔性交流输电技术通过综合应用电力电子技术与微处理、微电子、通信技术和现代控制技术, 通过对电压、相位角、阻抗、功率、潮流的连续快速调节控制而形成的快速控制交流输电技术, 从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平, 降低输电损耗。
4 典型风力发电系统滤波与补偿系统
风力资源应用的最大困难就是其强度、方向的不稳定性, 而风电机组由于处于供电网络的末端, 其本身的运行特征会直接影响电能质量。如何提高风电机组抗冲击能力、消除谐波污染、电源波动以及闪变, 就成为风力发电系统应用的重要研究课题。通过使用滤波与补偿系统, 可有效解决以上问题, 目前主要应用以下技术:
4.1 静止无功补偿器
静止无功补偿器在电压变化时能够快速、平滑地动态补偿无功功率, 还能进行分享补偿, 因此对三相不平衡符合及冲击负荷有较强的适应性, 通过加装滤波器, 还可抑制晶闸管设备对电抗器投切过程中产生的高次谐波。对于需要快速跟踪负荷变化, 动态进行无功补偿的风力发电厂而言, SVC的应用可以有效稳定由于风速引起的电压波动, 提高电能质量。
4.2 有源电力滤波器
相对于只能被动吸收固定频率、固定大小谐波的无源LC滤波器, 有源电力滤波器APF通过DSP计算提取谐波成分, 然后有针对的通过逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等、方向相反的谐波电流与之进行抵消, 从而消除谐波达到滤波目的。随着风力发电系统中变频设备的大量应用, APF将体现出更大优势。
摘要：风能是一种清洁, 安全, 可再生的绿色能源, 当前风力发电技术日新月异, 单机容量不断提高, 国内、国际总装机容量不断攀升。风力资源应用的最大困难就是其强度、方向的不稳定性, 并且风力资源丰富地区一般远离用电稠密地区, 因此, 如何提高风电机组抗冲击能力、消除谐波污染、电源波动以及闪变, 如何解决风能远距离输带来的一些列问题, 就成为风力发电系统应用的重要研究课题。该文对风力资源特点及分布、风电发展趋势、国内外风电发展近况以及典型风力发电系统进行了综合论述及对比。
关键词：风力,发电技术,发展趋势
参考文献
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【摘 要】分布式光伏发电是一种新型的，具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则，有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题，然而分布式光伏发电对如何保证电网安全提出了更高的要求。针对分布式光伏发电存在的问题提出了改善分布式光伏发电安全运行的技术措施，具有实际应用价值。
【关键词】光伏发电；问题；技术措施；研究
分布式光伏发电是指位于用户附近，所发电能就地利用，以10（20）千伏及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6兆瓦的光伏发电项目。分布式光伏发电具有资源分散、项目容量小、用户类型多样、发电出力具有波动性和间歇性等特点。
目前国家明确了分布式光伏发电项目接入系统典型设计共13个方案。其中，分布式光伏发电项目单点接入系统典型设计共8个方案，分布式光伏发电组合接入系统典型设计共5个方案。
1.分布式光伏发电存在的问题
近年来，为响应国家可再生能源发展战略，促进光伏产业发展，10千伏（20千伏）、380伏（220伏）分布式光伏发电项目陆续在全国建成并网运行。虽然这些分布式光伏发电项目配置了相应的安全保护自动装置，但是相应的运维管理和安全管理制度尚不健全，为有源配电网安全、稳定运行埋下隐患。
（1）作为新兴产业，受检测设备、检测水平及光伏发电特有的波动性、间隙性特征和部分电能质量超标指标等多方面条件制约，光伏发电项目入网前的测试与评估工作存在诸多薄弱环节。
（2）对分布式光伏发电并网的工作流程和要求进行了规定，对分布式光伏电站孤岛运行时存在向系统倒送电的安全风险提出了相关技术要求。但是，对投运后对分布式光伏电站安全自动装置的运行维护责任没有进行具体明确，对由于安全自动装置运维不到位、不能发挥应有功能而引起各类事故的安全责任没有进行具体明确规定。
（3）由于非计划性孤岛现象的不可预知性，孤岛运行的电网严重威胁电网设施运维人员已经用户的人身安全；同时，由于主网不能控制孤岛中的电压和频率，从而导致孤岛运行电网损坏供电范围内的公共配电设备和用户设备。
（4）随着国家对分布式光伏电源发电项目上网电价补贴政策的出台，分布式光伏电源发电项目将越来越多，配电网中的分布式电源点将越来越多，尤其是380伏接入的分布式光伏电站，该项目具有接入方式简单、便捷，价格便宜的特点，但大多数一线配电运维人员受专业知识限制，对该项目不太熟悉，对广大一线配电生产人员在日常运维、抢修工作存在极大的安全风险。
2.改善分布式光伏发电的技术措施
（1）修订完善《分布式光伏发电并网管理规定》，将管理职责章节中明确各级安全质量监督管理部门的职责，重点体现在出台各类针对分布式光伏电站并网的相关安全管理制度；参与审查分布式光伏电站接入方案，对接入方案中的安全自动装置配置方案和功能等进行审查等。
（2）明确对接入分布式光伏电站的配电网停电检修施工涉及的停电申请办理流程，特别是涉及380V分布式光伏电站产权分界点开关设备停电操作停电申请办理流程，重点是是否要在停电申请书上反映停电范围内分布式光伏电站的并网接入情况。另外，在各类设备操作流程及权限、安全措施设置要求等方面需进行明确。
（3）完善、改进现有防孤岛保护装置、安全自动装置及其控制策略，提高保护装置、安全自动装置可靠性，降低非计划性孤岛发生几率。分析、研究非计划性孤岛电网运行可能给人身、电网、设备造成的危害以及可能产生的安全风险；根据各类安全风险制定相应的预控措施、应对措施、危机处理措施或事故应急现场处置方案。
（4）供电企业和光伏电站均应加强相关管理人员、技术人员与运维人员的培训工作，制定培训计划，定期组织开展业务培训，学习与光伏项目有关的国家、行业或企业规章制度、方案、标准等知识，学习与光伏设备有关的现场运维管理、设备管理、检修管理、调度管理等知识，取得国家、行业或电力企业颁发的有效工作证件。
3.结语
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