风力发电系统研究论文

风力发电系统研究论文（精选8篇）

风力发电系统研究论文 篇1

《新能源发电》课 程 设 计

题目：风力发电技术

学习中心：河南许昌奥鹏学习中心【14】层次：专升本

专业：电气工程及其自动化

年级：2011年秋 季

学号：20110804076

3学生：陈懿凡

辅导教师：康永红

完成日期：2013 年08月30日

一、风力发电的现状

能源、环境问题是当今人类生存和发展所面临的关键问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，不仅资源有限，而且会造成严重的环境污染。因此，对可再生能源的开发与利用，已受到世界各国的高度重视。“开发与利用可再生能源，改善能源结构，减排温室气体，保护环境”已成为世界共识。一场世界性的开发与利用新能源的浪潮已经到来。新能源与可再生能源包括水能、太阳能、风能、地热能和海洋能等，它们在消耗之后还可以得到恢复和补充，不会污染环境。其中，人类对风能的利用已有上千年的历史。地球上可利用的风能为106MW，是可利用的水能的10 倍以上。在可再生能源中，风能是一种非常可观的、有前途的能源。风力发电（简称风电）作为一种绿色电力，受到人们广泛的关注。它具有资源蕴藏量巨大、可再生、无污染、占地少、周期短等优点，但是风电也存在着风能利用率低以及具有随机性、不稳定和分布不均匀性等缺陷。

1.国外风力发电发展现状

2012 年新增风电装机容量最多的10 个国家占世界风电装机的87%。与2007 年相比，美国保持第1 名，中国超过西班牙从第3 名上升到第2 名，印度超过德国和西班牙从第5名升至第3 名，前3 名的国家合计新增装机容量占全世界的60%。

根据世界风能协会的统计，2012 年全世界风电装机容量新增约2726 万kW，增长率约为29%。累计达到1.21 亿kW，增长率为42%，突破1 亿kW 大关。风电总量为2600 亿kWh，占全世界总电量的比例从2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。

尽管风电的发展仍然存在着很多困难，如电网适应能力、风能资源、海上风电发展等，但相比于常规能源，经济性优势逐步凸显，世界各国都对风电发展充满了信心。例如，欧美都公布了2030 年风电满足20%甚至更多电力需求的宏大目标，这也为全球风电的长期发展定下了基调。从国际能源署（IEA）2012 年颁布的《2050 年能源技术情景》判断，2012-2050年，全球风电平均每年增加7000 万千瓦，风电将成为一个庞大的新兴电力市场。

2.国内风力发电发展现状

我国是世界上风力资源占有率最高的国家之一，同时也是世界上最早利用风能的国家之一。据资料统计，我国10 m 高度层风能资源总量为3226GW，其

中陆上可开采风能总量为253GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源约为1000GW。如果风力资源开发率可达到60%，仅风电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。我国利用风电起步较晚，和世界上风电发达国家如德国、美国、西班牙等相比还有很大差距。风电是20 世纪80 年代开始迅速发展起来的，初期研制的风机主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型风电机组，后期开始研发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛应用。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW 级风电场。

截止2007 年底，我国风机装机总量已达6.05 GW，年发电量占全国发电量的0.8%左右，比2000 年风电发电量增加近10 倍。2012 年一年新增风电装机容量625 万千瓦，比过去20年累计的总量还多，新增装机增长率约为89%。累计风电装机容量约1215 万千瓦，占全国装机总量的1.5%，累计装机增长率为106%。风电装机主要分布在24 个省，比2007 年增加了重庆、云南和江西三个省。2006 至2012 年风电增长状况。

中国政府为了推动并网风电的商业化发展，国家发改委明确提出我国风电发展的规划目标：2005 年全国风电装机总量达到100 万千瓦，2012 年全国风电装机总量达到400 万千瓦，2015 年全国风电装机总量达到1000 万千瓦，2020 年全国风电装机总量达到2000 万千瓦，占全国总装机容量的2%左右。可以预计，中国即将成为世界风电发展令人瞩目的国家之一。

二、风力发电机的优缺点

要比较风力发电机的优缺点首先要对其类型进行了解。由于风力发电机类型的不同。不同风电机组的工作原理、数学模型都不相同，因此分析方法也有所差异。目前国内风电机组的主要机型有3种，每种机型都有其特点。

1.异步风力发电机

国内已运行风电场大部分机组是异步风电发电机。主要特点是结构简单、运行可靠、价格便宜。这种发电机组为定速恒频机沮，运行中转速基本不变，风力发电机组运行在风能转换最佳状态下的几率比较小，因而发电能力比新型机组低。同时运行中需要从电力系统中吸收无功功率。为满足电网对风电场功率因数的要求，多采用在机端并联补偿电容器的方法，其补偿策略是异步发电机配有若干组固定容量的电容器。

由于风速大小随气候环境变化，驱动发电机的风力机不可能经常在额定风速下运行，为了充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年广泛应用双速异步发电机。这种双速异步发电机可以改变极对数，有大、小电机2种运行方式。

2.双馈异步风力发电机

国内还有一些风电场选用双馈异步风力发电机，大多来源于国外，价格较贵。这种机型称为变速恒频发电系统，其风力机可以变速运行，运行速度能在一个较宽的范围内调节，使风机风能利用系数Cp得到优化,获得高的利用效率；可以实现发电机较平滑的电功率输出；发电机本身不需要另外附加无功补偿设备，可实现功率因数在一定范围内的调节，例如功率因数从领先0.95调节到滞后0.95范围内，因而具有调节无功功率出力的能力。

3.直驱式交流永磁同步发电机

大型风力发电机组在实际运行中，齿轮箱是故障较高的部件。采用无齿轮箱结构能大大提高风电机组的可靠性，降低故障率，提高风电机组的寿命。目前国内有风电场使用了直驱式交流永磁同步发电机，运行时全部功率经A-D-A变换，接入电力系统并网运行。与其他机型比较，需考虑谐波治理问题。

三、风力发电的控制技术

风力发电机组控制系统是风力发电机的核心系统，因此研究控制技术具有重要的现实意义，可靠保证了风力发电机组的经济、安全并网运行。下面对风力发电机组控制技术及相关软件改进进行系统地阐述。

风力发电机组控制系统由本体系统和电控（总体控制）系统组成，本体系统包括空气动力学系统、发电机系统、变流系统及其附属结构；电控系统由不同的模块构成，主模块包括变桨控制、偏航控制、变流控制等，辅助模块则包括通讯、监控、健康管理控制等。而且，在本体系统与电控系统间实现系统的联系及信号的变换。例如，空气动力系统的桨距由变桨控制系统控制，保证了风能转化的最大化，功率输出的稳定等作用。风轮的自动对风及连续跟踪风向引起电缆缠绕的自动解缆受偏航控制系统控制，分为主、被动迎风两种模式，目前大型并网风电系统多采用主动偏航模式。变流控制常和变桨距系统结合，对变速恒频的运行及最大额定功率进行控制。

根据风电机组不同的分类标准，可将机组控制系统分为不同种类。目前风力发电的主流机型主要是依据桨距特性，发电机类型等分类，通过技术不断改

进，控制系统由最先的定桨距恒速恒频控制到变桨距恒速恒频控制,随之发展为变桨距变速恒频控制。此外，据连接电网类型可将风电控制系统分为离网型和并网型，前者已步入大规模稳定发展阶段。后者则成为现阶段控制系统的主要发展方向。

风电机组控制系统软件设计

整个风力发电机组控制系统需要一种完善的系统软件配置以实现发电机正常运行。目前，控制系统软件的模块化、参数化、功能化逐渐实现软件的兼容性与继承性。

1.模块化

控制系统整个软件是许多硬件的整合，我们可以讲每一个硬件子系统座位独立的模块，子系统与PLC之间的数据交互即为模块的输入输出，这种模块化的形式通过固化被选择性的调用执行程序，从而实现程序的兼容性，并做到小范围的软件修改和工作量的最小化。

2.参数化

参数设置是对软件灵活性的优化。对于多配置整合的程序，我们将软件开关作为一种参数，完成配置间切换，来决定程序模块是否正常执行。包括动作事件参数、故障参数、控制参数等，对不同属性结构体的形式进行设置，执行程序时只需读入相应参数即可。

3.功能化

软件功能化包括协议解析功能化、故障判断功能化及控制功能化。协议解析功能化即依据特定的子系统定义不同的功能块，当调用特定的配置参数时，可以执行相应的功能块程序，完成功能块内部的所有数据库的处理。故障判断涉及对所有控制监测的判断，应用功能块可简化并统一故障的判断。将软件中大量的逻辑控制（如水冷的风扇控制，变桨控制等）整合到功能块中，制定全面的输入输出接口，既完成现有控制功能，又增加了其拓展功能。因此功能模块化使得程序执行逻辑性与可读性均有所提高。

四、风力发电的展望

作为一种自然资源，风电正受到发展中国家的重视。中国西部、印度北部、巴西西北部、拉丁美洲的安第斯山脉和北非，都是风能资源丰富的地区。在我国西部地区，如新疆、内蒙古、西藏、青海、甘肃等地，由于地理位置特殊，又缺少水源，风力发电就成为能源发展的首选项目。目前，我国在新疆、内蒙

古、河北等地，均已建成大规模的风力发电站。

目前，我国已形成年产30万台100瓦至5000瓦独立运行小型风力发电机组的能力。在内蒙古，已有60万居住在偏远地区的牧民用风力发电解决了生活、生产用电，每套小型风力发电机（含蓄电池）价格在2000元左右。风力发电可用来照明、看电视、提井水饮牲畜、分离牛奶、剪羊毛等，极大地提高了劳动生产率。

由于风向变幻不定，风力大小无常，这些问题也给大规模开发利用风能带来了不少困难。

人们依靠先进的科学技术制造的新型风轮发电机，能够随着风向的变化和风力的大小随意轻快地旋转，在风速较大或较小的情况下都能正常工作。它的运行和控制完全实现了自动化，通过几百个传感器及时收集风速、风力、风向等信息，再经电脑处理、调整，使风轮机得以在最佳的状态下运行。

随着风轮机的大型化和高效化，风力发电的成本也在不断下降。目前，风电价格已经可以与石油、煤、天然气发电和核电的价格相竞争，进而还将能与水电价格一比高低。此外，国家在税收等方面也给予风电适当的照顾和优惠，使风电上网电价不断下降。

国家电力公司已将风电作为我国电力工业的重要组成部分，并制定了发展规划。2000年，全国风力发电装机容量将达到40万千瓦。

风力发电系统研究论文 篇2

一、风力发电系统的整体结构

风力发电系统整体结构如图1所示。首先, 通过自然界的风力吹动风力机的螺旋桨, 将风能转化为机械能, 通过转轴带动发电机运行, 将该机械能转化为电能, 通过整流器将所得到的电信号进行整流, 再将所得到的直流电进行功率变换。如是大型风力发电机组发出的电能可以直接输送到电网上;如是小型风力发电机发出的电能, 一般用储能设备将发出的电能存储起来。目前小型风力发电系统中一般采用蓄电池作为储能设备。经过功率变换器变换后的电能可对直流负载进行直接供电, 或者由逆变器进行逆变, 将直流电转化为交流电, 给交流负载供电[2]。

二、风力机械特性

(一) 叶尖速比与风能利用系数

根据贝茨理论可知, 风力机从自然风中所获得的能量是有限的, 能量的转换将会导致运动的风速下降, 所以采用风力机和发电机的形式不同。风力机的实际风能利用系数Cp<0.593, 即贝茨理论极限值为0.593, 在Cp的极限值范围内, 风力机能够从自然风中获取的能量效率与Cp值成正比关系。对实际应用中的风力机, Cp主要是由风轮叶片的结构设计和气动以及制造工艺水平决定。风力机单位时间内风轮捕获的风能Pm可用下式表示[3]:

其中ρ为空气质量密度 (kg/m3) ;S为风轮扫过的面积 (m 2) ;v为通过风轮时的实际风速 (m/s) ;R为风轮半径 (m) 。

由式 (1) 、 (2) 可知, 在空气质量密度ρ、风轮半径R和风速v一定时, 单位时间内风轮捕获的风能Pm与风能利用系数Cp成正比, 而Cp与风轮固定叶尖速比λ有关, λ可以表示为:

其中ω为风力机角速度 (rad/s) , n为风力机转速 (r/m in) 。

风力机特性与风能利用系数Cp、风轮固定叶尖速比λ和桨叶节距角β三者之间有关, 其表达式如下:

式中λ, λ1, β三者之间的关系为:

当β一定时, 典型的Cp=f (λ) 关系曲线如图2所示。该曲线表示当桨叶节距角为一定值时, 风能利用系数Cp与叶尖速比λ之间存在一定的变化曲线关系, 其中曲线的顶点表示风能利用系数达到最大值, 即存在一点λm与最大风能利用系数Cpmax对应, 该点就是风力机的最大功率输出点。

(二) 输出功率特性

在实际的风力发电系统中, 风力发电机启动时, 其内部的阻力需要有一定的力矩来克服, 这一力矩就是风力发电机的启动力矩。启动力矩与风力发电机传动机构的摩擦阻力有关, 风力发电机工作时有一个最低工作风速vin (也称切入风速) , 一旦风速低于vin时风力发电机就不能正常工作。风力发电机工作时也有一个最高工作风速vout (也称切出风速) , 一旦风速超过vout时, 就要考虑塔架和桨叶的材料强度系数等因素, 一般应该停止风力机运行。因此, 风力机正常运行时的自然风速介于切入风速vin和切出风速vout之间, 该风速称为风力机的工作风速。所以, 要充分利用某地风力资源, 就必须根据当地风能的切入风速vin和切出风速vout来确定相匹配风力发电机的机型。风力机的输出机械功率Pm表达式如下:

上式中, vin为切入风速, ve为额定风速, vout为切出风速, Pe为风力机额定输出功率。

图3为风力机工作时的运行曲线, 该曲线可运行于四个区域。其中:区域A表示该区域内的自然风速小于风力机切入风速vin, 风能所提供的力矩小于风力机转子的启动转矩, 风力机不能将风能转换为机械能;区域B表示该区域内的风速介于风力机切入风速vin和额定风速ve之间, 风能所提供的力矩大于风力机转子的启动转矩, 可以将风能转换为机械能, 带动发电机转子进行工作, 通过对发电机转子进行控制, 让其转速随自然风速而变换, 可以获得最大风能转换效率;区域C表示该区域内的风速介于风力机额定风速ve和切出风速vout之间, 该区域的风速较高, 有可能损坏风能转换系统, 如果调节馈入系统的风能, 还是可以保持风力机在额定功率正常运行;区域D内的风速过大, 已超出风力机切出风速vout, 会造成风力机转子速度过高和转矩过大而破坏了整个系统, 就需要强制停机保护系统[4]。

通过以上分析可知, 风力发电机组不可能将风轮所扫略的面积S内的风能完全转换为电能, 存在一定能量损耗, 在工程上, 转换效率一般为35%。通过检测发电机的输出功率的大小来对系统进行控制。当检测到发电机的输出功率保持稳定时, 即风力机转速在正常工作转速范围内时, 系统对蓄电池进行充电, 同时检测发电机的输出功率;当检测到发电机的输出功率减小时, 可通过调节系统的充电电路中功率开关管的占空比, 实现对输出功率的调节;当检测到发电机的输出功率增大时, 即风速超过切出风速vout时, 或蓄电池充满时, 需要启动系统的卸荷电路进行卸荷, 保证整个系统安全运行。

三、风力发电的控制策略

在智能型风力发电系统中, 当风力发电机捕获的风能不能满足负载用电和蓄电池充电时, 需要调节风力机按照最佳叶尖速比运行, 跟踪最大功率。风力发电的最大功率点跟踪控制方法可以大致分为两类:风速自动跟踪控制和风机转速反馈控制。

1.风速自动跟踪控制。风速自动跟踪控制策略的原理如图4所示:首先由测速装置测出自然风速, 根据风机最佳功率负载曲线计算出Pg作为控制系统的给定功率, 将风力发电机实际输出功率的观测值Pr与给定功率Pg进行比较, 所得到的误差量△P由PI调节器进行调节, 达到对风力发电机的输出电流大小的调节, 再通过反馈环节, 最终实现对风力发电机的输出功率进行调节。

此控制方案可以根据风速的变化适时地调整风力发电机的输出电流值, 从而使风力发电机的输出功率得到实时调整。该控制方案设计简单, 又能使风力机保持在最大功率点处工作, 能量转换效率高。但由于确定风力机的最佳功率负载曲线, 需要事先知道准确的风力机功率特性, 所以实现本方案有一定的困难。

2.风机转速反馈控制。风机转速反馈控制方案图如图5所示。当风力机在正常区域内运转时, 带动发电机在正常转速范围内工作, 测出发电机的转速, 利用转速和风力机的特征参数关系式, 计算出Pg作为功率给定值, 与发电机的输出功率的观测值Pr作比较, 将所得到差值△P经过PI调节器后, 得到发电机的输出电流的调节值, 最终实现对发电机的输出功率进行实时调节[5]。

风机转速反馈控制策略是在风速自动跟踪控制策略的基础上进行了修改, 二者的不同之处在于:风机转速反馈控制将发电机输出功率与风速之间的关系转换成发电机输出功率与发电机转速之间的关系, 实现了转速反馈。其效果不仅可以使系统工作在最佳功率负载曲线附近, 而且使系统结构变得更简单、更可靠。与自动跟踪控制策略相比有如下优点:

(1) 控制策略简单, 可以保证风力机工作在最佳功率负载线附近, 能量转换效率较高, 系统结构变得更简单、更可靠。

(2) CP、λ两个特征参数以及最佳功率负载曲线对应的功率与转距之间的关系式都较容易得到, 只需知道风力机的转速就可以, 而风力机的转速可以很方便求出, 本方案实现难度较低。

四、结论

本文通过对风力发电的组成和运行原理的分析, 采用了风速自动跟踪控制策略, 为今后制作风力发电样机奠定了坚实的理论基础。

参考文献

[1]左然, 施明恒, 王希麟.可再生能源概论[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[2]裴郁, 我国可再生能源发展战略研究[D].辽宁师范大学, 2004.

[3]张伯泉, 杨宜民.风力和太阳能光伏发电现状及发展趋势[J].中国电力, 2006, 39 (6) .

[4]张希良.风能开发利用[M].北京:化学工业出版社, 2005.

风力发电系统研究论文 篇3

关键词：风力发电；最大功率；跟踪；系统仿真；风动机

中圖分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）02-0047-04

风能具有取之不尽、分布广泛、无污染等优点，是当今开发利用水平最高、技术最成熟、应用最广泛的新型能源。然而，风能受天气影响严重，其固有的随机性、间歇性特征，导致其能量密度较低。各种损耗使风力机的实际转换效率很低，大概维持在35%左右。在风力发电过程中，提高风能利用率及寻求风机最优工作状态，对最大限度地将风能转化为电能具有十分重要的现实意义。

1 风力发电的原理及特性

独立的风力发电系统由风力机、发电机、整流器、DC/DC变换器、逆变器、负载等组成。首先，风力机发出的交流电经过整流器件的整流作用，将电压变成半周期变动的电压，再由滤波电容将变动的交流电压转换成渐变的单向电压源，最后，通过DC/DC变换器和逆变器对负荷进行供电。

1.1 风力机发电原理

风力机是一种将风能转换成为电能的能量转换装置，由风力机部分和发电机部分组成。首先，风力机吸收自然界中的风能并推动风力机转动，将流动的能量转变成为机械能；然后，机械能通过传递系统传递给发电机，发电机继而将机械能转变成电能，并输送给电力系统。

1.2 风力机输出特性

在风力发电系统中，每一台风力发电机对风速的要求都十严格。风速过小，风力机无法启动；而风速太大，则风力机有损坏的危险。风力机有一个最低启动风速Vmin，用来克服起动初期风力机自身扭转带来的摩擦（一般来说，起动风速为3～4 m/s）。出于安全考虑，当风速过大时，风力机应立即停车，因此风力机都有一个规定的最高风速。该停机风速被称为切出风速（也称为最大工作风速），一般为13 m/s。风力机达到标称功率输出时的工作风速称为额定风速。

风机的输出功率受很多因素制约，其中主要控制因素是风能利用系数Cp（λ，β）。风机机械输出功率Pm的表达式为：

Pm=Cp（λ，β）ρπR2V3 （1）

式中：ρ为空气密度，kg/m2；R为风轮半径；λ为叶尖速比；β为桨距角（采用定桨距风力发电机，桨距角β=0）；V为工作风速。

从式（1）中可以看出：当空气密度、风轮大小及工作风速一定时，输出功率只受风能利用系数Cp（λ，β）的影响，而Cp（λ，β）是叶尖速比λ的函数。λ可以表示为：

λ=2πRn/V=ωR/V （2）

式中：n为风力机转速，r/min；ω为风力机角速度，rad/s。

风力机特性通常用Cp和λ之间的关系表示，典型的Cp=f（λ）关系如图1所示。

从图1可以看出，在Cp随着λ的变化过程中，存在着一点λm，可以获得最大风能利用系数maxCp，即最大输出功率点。风能利用系数Cp（λ，β）是关于叶尖速比λ的函数，根据公式（2）可知，风力机的输出功率与风力机的角速度有关，即总存在一个最佳角速度，使风力机输出的功率最大。

本研究的小型风力发电系统采用风力机直接驱动永磁同步发电机的方式运行，因此发电机的机械角速度等于风力机的角速度。在Matlab中选择风力机模型，参数设定为：输出额定机械功率2 000 W；基本风速10 m/s；基本风速下最大输出机械功率3 500 W。当风速为10 m/s、风轮半径为2 m时，其输出功率特性随风轮旋转角速度变化的曲线如图2所示。

从图2中可以看出，当风轮旋转的角速度连续变化时，输出功率会随之变化，且存在一个使输出功率达到最大值的最佳旋转角速度，这与之前的理论分析一致。

2 风力发电系统最大功率跟踪

2.1 最大功率跟踪原理

风力发电的最大功率点跟踪（MPPT）控制算法有很多，现采用扰动观察法。扰动观察法的基本原理是：给风力机施加一个微小扰动，然后观测风力机输出功率的变化情况，通过比较当前功率值和之前功率值的大小来进行最优转速点搜索，最终实现风力机输出最大功率。

扰动观察法的MPPT控制原理如图3所示。其具体扰动方法为：设系统工作在A点，此时的角速度为ωA，功率为PA；给系统的角速度加上一个正向扰动Δω使其到达B点，则B点的角速度ωB=Δω+ωA，功率变为PB；如果检测到扰动后的功率PB>PA，说明扰动方向正确，继续增加一个角速度变量Δω使其达到C点，用同样的道理继续保持扰动；当系统处于D点时，继续给它施加一个正向扰动Δω，功率为PD；若系统比对发现PD

这种控制方法既不需要测量风速，也不需要知道风力机精确的功率特性曲线。虽然风力机输出功率会有小幅度波动，但对小型风力发电系统影响不大。

2.2 系统仿真

将风力机、永磁同步发电机、Buck型变换电路、PWM信号发生器、最大功率跟踪控制器等模型连接起来，并设置合理的参数，对风力发电系统进行仿真研究。选用的扰动观察法MPPT控制模块如图4所示，将其封装成PWD模块，风力发电系统的总体模型如图5所示。

2.3 系统仿真分析

为将风能尽可能多的转化为电能，应使风力机时刻处于最佳工作状态，即风力机时刻输出最大功率。为此，需要时刻追踪系统的最大功率点，即寻找一个最佳旋转角速度使输出功率达到最大值，并使最大功率平稳输出。分别对基本风速不变和基本风突然变化时的风机进行最大功率跟踪，基本风速（10 m/s）不变时输出的波形如图6所示，基本风速由10 m/s变到8 m/s时的波形如图7所示。

当风速为10 m/s时，对最大功率MPPT模块进行追踪，0.4 s后系统基本趋于稳定，电压输出和功率输出是一条平滑曲线，实现了最大功率输出，达到了捕捉最大功率的目的。

从图7中可以看出：在风速快速增加的过程中，风力机输出的功率迅速增大，当风速达到10 m/s时，经过一段时间调整后输出功率变得平稳；当风速突然降变为8 m/s时，风机的旋转角速度随之骤降，输出功率也迅速下降，经小幅震荡后平稳输出该风速下的最大功率，说明仿真模型中的最大功率控制模块能够实时跟踪风速变化，使系统始终处于输出最大功率运行状态。

3 结论

风力资源固有的随机性、间歇性特征决定其能量的捕获比较困难，加之风力机和发电机中的各种损耗，使得风能利用率较低。对风力发电来说，只有寻求风力机的最优工作状态、最大限度地将风能转化为电能，才能提高风能利用率。最大功率跟踪—扰动观察法既不需要测量风速，也不需要掌握风力机精确的功率特性曲线，因此操作比较简单。通过对风力发电系统进行建模，采用最大功率跟踪—扰动观察法查找风力机最佳旋转角速度，实现基本风速不变和突变时的最大功率跟踪，试图为提高风能利用率提供借鉴。

风力发电系统研究论文 篇4

中图分类号：TP211 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）06-1326-02On the Wind Turbine Control Method for Improving Strategy

Ayiguli.maimaiti，ZHANG Wei

（Wind Energy Institute of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830000，China）Abstract： Wind energy is the kinetic energy of the earth’s surface generated by the volume of air flow，with no stability，and low density and randomness.In the use of wind energy to generate electricity，and how effectively controlled wind turbine is directly related to the wind turbine can be run efficiently.This article briefly describes the meaning of the wind turbine and the main types； Secondly，variable structure control，optimal control，fuzzy control and artificial neural network control four modern wind turbine control technology to improve the traditional wind turbine control technology to promote China’s wind turbine control method in-depth research.Key words： wind； generator； control technologies； improvement

风能资源是一种极具大规模发展潜力的可再生能源。一些发达国家凭借自身技术优势和地理优势，早已开始利用风能资源发电。而我国风力发电事业起步相对较晚，各方面技术与发达国家存在一定差距。特别是风力发电机组控制技术明显落后发达国家，致使我国风力发电事业耗费巨大成本，却难获得对等的产出。由此看来，引入新型风力发电机组控制技术，改进风力发电机组控制方法是我国风力发电事业发展的必然要求。风力发电机组及主要分类

1.1 风力发电机组

风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成；风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。

1.2 风力发电机组主要分类

1）基于失速型的分离发电机组

基于失速型的风力发电机组种类较少，现有的主要包括两种，即定桨距失速型和变桨距失速型等两种。在这两种类型中，定桨距失速型主要利用风轮叶片的失速作用，来实现对风力发电机在风力较大情况下的功率进行准确控制，然后，利用该型机组上的叶尖扰流器对极端情况下的停机问题进行控制。对于变桨距失速型，其发电机组则与定桨距失速型存在差异，主要通过低风速下的桨距角来实现对输出功率的控制，在高风速情况下则利用叶片桨距角的改变来对功率输出进行控制。

2）双馈变速恒频型风力发电机组

该类型的风力发电机组能够实现对分论叶片桨距角的调节，还可以采用能够变速的双馈性发电机，实现对恒频恒压电能的输出。如果风速低于额定速度，该类型机组能够利用转速和叶片桨距角的改变，将发电机组控制在状态下运行，确保输出功率为最大；在风速高于额定速率时，可以利用叶片桨距角的改变，将发电机组的功率控制在额定的功率。

3）直驱型性风力发电机组

该类型发电机组是一种不带齿轮箱的变桨距变速发电机组，其中的风轮轴能够与低速发电机直接相连接。所以，在使用中，该类型的发电机组需要采用全功率变流器。

4）混合型的风力发电机组

该类型的发电组中包含有单级齿轮箱以及中速发电机，可以认为是直驱型和传统型的混合类型。在使用中，该类型的发电机组也需要采用全功率变流器。风力发电系统的现代控制技术

2.1滑模变结构控制

风电机组属于非线性系统，在实际使用过程中复杂多变，也容易受到风向、阵风或负载等变化的影响，所以也不能建立一个完善的数学模型对其进行控制。使用滑模变结构进行控制，将其当作一种间断性的开关。在设定系统的匹配条件后，就只能做定向的滑模运动，不受系统参数变化扰动、高速响应、鲁棒性高、设计轻盈、方便实现等众多优点，确保在参数不稳定时仍可以实现系统的稳定。符合了风力系统最大功率的设计要求，促进了风力发电机组的良好控制。滑模变结构控制能够较好地抑制外加的干扰对双向反馈变速稳频型风力发电机组的不利作用，保证了控制系统的鲁棒性，唯一的缺点就是系统的抖振现象。最近有学者提到可以使用高阶滑模变控制方法，就是在高阶微分上使用不连续的控制量，延续了传统滑模的优势，还能较好地消除系统的抖振，使得输出功率维持在稳定状态。

2.2最优控制

风力发电机组的实际运行处在风速多变、干扰多、非线性的恶劣条件下，所以用数学模型来做不到对系统的精确控制，而利用线性模型设计的最优系统来进行控制，可以查找附近的工作点，并借助反馈系统完成大范围的精确解耦线性化，进一步保证风能、风力的最大搜集与控制，这就是风力发电机组中所谓的最优控制。该系统可以很好地处理有功、无功率输出、电功率变化小等之间的相互矛盾，还能较好地抑制因线路故障导致的电压波动。

2.3模糊控制

模糊控制属于高级控制策略，它用到了语言规则、模糊推理两种方法，对被控制对象不需要很精确的数学模型，对非线性因素也不敏感，鲁棒性非常高。模糊控制是一种具有代表性的智能控制方法，在增强风能利用率、进行最大功率跟踪和变速稳频等方面显示出了巨大的作用。

典型的例子如：1）当将其使用于变桨距并网型风力发电机组中时，有效调节了控制系统的动态性能，还调整了风轮的桨距角、风力机转速和叶尖速比等，保证了风力发电机组功率和频率的稳定输出。与以往使用的PID控制器相比，抖振现象大大减少，系统的效率与质量明显得到提高。

2）依靠TS模糊模型系统，将局部的非线性功能用于风力混合动力发电系统中，再使用语言规将其划分为低级系统。配合最合适的分割时间序列，再使用线性二次调节系统进一步提高控制。该方法比过去的控制方式更能抵制外界的扰动，可以较好地适应风速与负载实时变化的恶劣条件。

3）将最优的模糊控制逻辑使用到双馈异步风力发电机组中，如果发动机转速低于预设的转速，此时依靠整流器和逆变器可以有效调节发电机的转速，尽量保证转速与风速的变化同步，最大程度提高风能利用率；如果发动机转速高于预设的转速，此时通过模糊控制器来调节桨距角，不搜集多余的风能，减少风能捕获率。这种通过风轮的转速来实现存储、释放能量的方法，使得功率传输链易于控制，保证了风力发电机组功率的稳定输出。

模糊控制理论凭借自身的优点，又将人工智能、仿人智能、神经元网络等技术综合在一起，使其在风力发电机组的控制领域跻身前列。

2.4人工神经网络控制

人工神经网络控制是一种智能控制技术。神经网络理论综合了人类和生物的适应性、学习和判断能力等，所以该理论的自适应与自组织性比较高，可以监视和察觉风力快速变化的不确定性，也促进了风力发电机组的智能化水平大为提高。

风速的预测必须依靠风的性质、预测周期和地点，所以使用神经网络理论进行短期风速预测，确定时间序列模型来计算风速的变化，采用反向传播和回归两种神经网络方式来预测采集到的风速变化量。人工神经网络对数学模型没有精确的要求，它是一种非线性系统，它的自适应性与良好的控制能力可以在风速、风向不确定的实际环境保证系统高效、稳定的运行，将风能转化为电能。在风力不确定与扰动较多的实际环境中，首先会考虑到将滑模变结构完善为积分模糊滑模变来进行变量的控制，解除了精确数学模型和风力发电机组控制不可分割性的限制。最近有研究中提到，在控制风力发电机组的系统时，模糊神经网络控制算法的发展将最具优势。但是它只有在风速超过额定风速时适用，而忽视了风速低于预设风速的情况。结束语

不同的风力发电机组控制技术的运用，各自具有各自的优势。但总体而言，目前我国风力发电机组控制技术仍然以引进或借鉴国外优秀技术为主。我国在此方面的自主研发仍然处于起步阶段。为实现对风力发电机组的科学、高效地控制，保证其正常运行，必须不断的深入研究风力发电机组控制技术，在对现有控制技术进行改进的同时，加强风力发电机组控制技术的自主研发，以促进我国在这方面的不断进步。

参考文献：

[1] 贾晨霞.浅谈风力发电机组控制技术[J].科协论坛（下半月），2013（12）：171-172.[2] 谭芝，陈众，汤敏，李奇，鲁晶.风力发电机组偏航优化控制方法[J].电力学报，2014

（1）：66-69.[3] 杨建秋，等.1.0MW变速恒频异步风力发电机组设计改型[J].机械研究与应用，2014

（1）：51-53，56.[4] 王剑彬，付小林，孔朝志.风力发电机组控制策略优化分析[J].内蒙古电力技术，2013

风力发电系统研究论文 篇5

2013-2018年中国风力发电机齿轮箱市场分析及发展趋势研究预测报告

报告目录

第一章 世界风力发电机齿轮箱行业发展态势分析 第一节 世界风力发电机齿轮箱市场发展状况分析

一、世界风力发电机齿轮箱行业特点分析

二、世界风力发电机齿轮箱市场需求分析 第二节 世界风力发电机齿轮箱市场分析

一、世界风力发电机齿轮箱需求分析

二、世界风力发电机齿轮箱产销分析

三、中外风力发电机齿轮箱市场对比

四、世界风力发电机齿轮箱行业市场规模现状

五、世界风力发电机齿轮箱行业需求结构分析

六、世界风力发电机齿轮箱行业下游行业剖析

七、风力发电机齿轮箱行业世界重点需求客户

八、2013-2018年世界风力发电机齿轮箱行业市场前景展望 第三节 世界风力发电机齿轮箱行业供给分析

一、世界风力发电机齿轮箱行业生产规模现状

二、世界风力发电机齿轮箱行业产能规模分布

三、世界风力发电机齿轮箱行业技术现状剖析

四、世界风力发电机齿轮箱行业市场价格走势

五、风力发电机齿轮箱行业世界重点厂商分布

第二章 国内外风力发电机齿轮箱生产工艺及技术趋势研究 第一节 当前我国风力发电机齿轮箱技术发展现状 第二节 我国风力发电机齿轮箱产品技术成熟度分析

第三节 中外风力发电机齿轮箱技术差距及产生差距的主要原因分析 第四节 提高我国风力发电机齿轮箱技术的对策

第三章

我国风力发电机齿轮箱行业发展现状 第一节 我国风力发电机齿轮箱行业发展现状

一、风力发电机齿轮箱行业品牌发展现状

二、风力发电机齿轮箱行业需求市场现状

三、风力发电机齿轮箱市场需求层次分析

四、我国风力发电机齿轮箱市场走向分析

第二节 2008-2013年风力发电机齿轮箱行业发展情况分析 第三节 风力发电机齿轮箱行业运行分析

一、风力发电机齿轮箱行业产销运行分析

二、风力发电机齿轮箱行业利润情况分析

三、风力发电机齿轮箱行业发展周期分析

四、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业发展机遇分析

五、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业利润增速预测

网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

第四节 对中国风力发电机齿轮箱市场的分析及思考

一、风力发电机齿轮箱市场特点

二、风力发电机齿轮箱市场分析

三、风力发电机齿轮箱市场变化的方向

四、中国风力发电机齿轮箱产业发展的新思路

五、对中国风力发电机齿轮箱产业发展的思考

第四章

中国风力发电机齿轮箱市场运行态势剖析 第一节 中国风力发电机齿轮箱市场动态分析

一、风力发电机齿轮箱行业新动态

二、风力发电机齿轮箱主要品牌动态

三、风力发电机齿轮箱行业需求新动态

第二节 中国风力发电机齿轮箱市场运营格局分析

一、市场供给情况分析

二、市场需求情况分析

三、影响市场供需的因素分析

第三节 中国风力发电机齿轮箱市场进出口形式综述 第四节 中国风力发电机齿轮箱市场价格分析

一、热销品牌产品价格走势分析

二、影响价格的主要因素分析

第五章

2013-2018年中国各地区风力发电机齿轮箱行业运行状况分析及预测 第一节 华北地区风力发电机齿轮箱行业运行情况

一、2011-2012年华北地区风力发电机齿轮箱行业发展现状分析

二、2011-2013年华北地区风力发电机齿轮箱市场规模情况分析

三、2013-2018年华北地区风力发电机齿轮箱市场需求情况分析

四、2013-2018年华北地区风力发电机齿轮箱行业发展前景预测

五、2013-2018年华北地区风力发电机齿轮箱行业投资风险预测

第二节 2013-2018年华东地区风力发电机齿轮箱行业运行情况（同上下略）第三节 2013-2018年华南地区风力发电机齿轮箱行业运行情况 第四节 2013-2018年华中地区风力发电机齿轮箱行业运行情况 第五节 2013-2018年西南地区风力发电机齿轮箱行业运行情况 第六节 2013-2018年西北地区风力发电机齿轮箱行业运行情况 第七节 2013-2018年东北地区风力发电机齿轮箱行业运行情况

第六章 2011-2012年中国风力发电机齿轮箱进出口状况及预测分析 第一节 2009-2012年中国风力发电机齿轮箱进口情况分析

一、2009-2012年中国风力发电机齿轮箱进口量分析

二、2009-2012年中国风力发电机齿轮箱进口金额分析

第二节 2009-2012年中国风力发电机齿轮箱出口情况分析

一、2009-2012年中国风力发电机齿轮箱出口量分析

二、2009-2012年中国风力发电机齿轮箱出口金额分析 网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

第三节 2009-2012年中国风力发电机齿轮箱主要进出口国家和地区分析 第四节 2013-2018年中国风力发电机齿轮箱进出口预测分析

一、2013-2018年中国风力发电机齿轮箱进口预测分析

二、2013-2018年中国风力发电机齿轮箱出口预测分析

第七章

中国风力发电机齿轮箱行业市场分析 第一节 风力发电机齿轮箱市场需求分析

一、风力发电机齿轮箱市场的需求变化

二、风力发电机齿轮箱行业的需求情况分析

三、风力发电机齿轮箱品牌市场需求分析 第二节 风力发电机齿轮箱需求市场状况分析

一、风力发电机齿轮箱市场需求特点

二、风力发电机齿轮箱市场需求分析

三、风力发电机齿轮箱市场需求结构分析

四、风力发电机齿轮箱市场存在的问题

五、风力发电机齿轮箱市场的需求方向 第三节 主要应用的发展趋势

第八章

我国风力发电机齿轮箱行业市场调查分析

第一节 2011-2012年我国风力发电机齿轮箱市场调查分析

一、主要观点

二、市场结构分析

三、价格走势分析

四、厂商分析

第二节 2011-2012年中国风力发电机齿轮箱用户调查分析

一、整体市场关注度

二、品牌关注度格局

三、产品关注度调查

四、不同价位关注度

第九章

风力发电机齿轮箱行业上下游产业分析 第一节 上游产业分析

一、发展现状

二、发展趋势预测

三、行业新动态及其对风力发电机齿轮箱行业的影响

四、行业竞争状况及其对风力发电机齿轮箱行业的意义 第二节 下游产业分析

一、发展现状

二、发展趋势预测

三、市场现状分析

四、行业新动态及其对风力发电机齿轮箱行业的影响

五、行业竞争状况及其对风力发电机齿轮箱行业的意义

网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

第十章

风力发电机齿轮箱行业竞争格局分析 第一节 行业竞争结构分析

一、现有企业间竞争

二、潜在进入者分析

三、替代品威胁分析

四、供应商议价能力分析

五、客户议价能力分析 第二节 行业集中度分析

一、市场集中度分析

二、企业集中度分析

三、区域集中度分析

第三节 中国风力发电机齿轮箱行业竞争格局综述

一、2011-2013年风力发电机齿轮箱行业集中度

二、2011-2013年风力发电机齿轮箱行业竞争程度

三、2011-2013年风力发电机齿轮箱企业与品牌数量

四、2011-2013年风力发电机齿轮箱行业竞争格局分析 第四节 风力发电机齿轮箱行业竞争格局分析

一、国内外风力发电机齿轮箱行业竞争分析

二、我国风力发电机齿轮箱市场竞争分析

第十一章

风力发电机齿轮箱企业竞争策略分析 第一节 风力发电机齿轮箱市场竞争策略分析

一、风力发电机齿轮箱市场增长潜力分析

二、风力发电机齿轮箱主要潜力品种分析

三、现有风力发电机齿轮箱市场竞争策略分析

四、潜力风力发电机齿轮箱竞争策略选择

五、典型企业产品竞争策略分析

第二节 风力发电机齿轮箱企业竞争策略分析

一、后危机对风力发电机齿轮箱行业竞争格局的影响

二、后危机后风力发电机齿轮箱行业竞争格局的变化

三、2013-2018年我国风力发电机齿轮箱市场竞争趋势

四、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业竞争格局展望

五、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业竞争策略分析 第三节 风力发电机齿轮箱行业发展机会分析 第四节 风力发电机齿轮箱行业发展风险分析

第十二章

风力发电机齿轮箱行业发展趋势分析 第一节 我国风力发电机齿轮箱行业前景与机遇分析

一、我国风力发电机齿轮箱行业发展前景

二、我国风力发电机齿轮箱发展机遇分析

三、风力发电机齿轮箱的发展机遇分析

网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

第二节 2013-2018年中国风力发电机齿轮箱市场趋势分析

一、风力发电机齿轮箱市场趋势总结

二、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业发展趋势分析

三、2013-2018年风力发电机齿轮箱市场发展空间

四、2013-2018年风力发电机齿轮箱产业政策趋向

五、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业技术革新趋势

六、2013-2018年风力发电机齿轮箱价格走势分析

七、2013-2018年国际环境对风力发电机齿轮箱行业的影响

第十三章

风力发电机齿轮箱行业发展趋势与投资战略研究 第一节 风力发电机齿轮箱市场发展潜力分析

一、市场空间广阔

二、竞争格局变化

三、高科技应用带来新生机

第二节 风力发电机齿轮箱行业发展趋势分析

一、品牌格局趋势

二、渠道分布趋势

三、需求趋势分析

第三节 风力发电机齿轮箱行业发展战略研究

一、战略综合规划

二、技术开发战略

三、业务组合战略

四、区域战略规划

五、产业战略规划

六、营销品牌战略

七、竞争战略规划

第四节 对我国风力发电机齿轮箱品牌的战略思考

一、企业品牌的重要性

二、风力发电机齿轮箱实施品牌战略的意义

三、风力发电机齿轮箱企业品牌的现状分析

四、我国风力发电机齿轮箱企业的品牌战略

五、风力发电机齿轮箱品牌战略管理的策略

第十四章

2013-2018年风力发电机齿轮箱行业发展预测 第一节 未来风力发电机齿轮箱需求与需求预测

一、2013-2018年风力发电机齿轮箱产品需求预测

二、2013-2018年风力发电机齿轮箱市场规模预测

三、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业总产值预测

四、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业销售收入预测

五、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业总资产预测

第二节 2013-2018年中国风力发电机齿轮箱行业供需预测

一、2008-2012年中国风力发电机齿轮箱供给预测

网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

二、2013-2018年中国风力发电机齿轮箱产量预测

三、2013-2018年中国风力发电机齿轮箱需求预测

四、2013-2018年中国风力发电机齿轮箱供需平衡预测

五、2013-2018年中国风力发电机齿轮箱产品价格预测

六、2013-2018年主要风力发电机齿轮箱产品进出口预测 第三节 影响风力发电机齿轮箱行业发展的主要因素

一、2013-2018年影响风力发电机齿轮箱行业运行的有利因素分析

二、2013-2018年影响风力发电机齿轮箱行业运行的稳定因素分析

三、2013-2018年影响风力发电机齿轮箱行业运行的不利因素分析

四、2013-2018年我国风力发电机齿轮箱行业发展面临的挑战分析

五、2013-2018年我国风力发电机齿轮箱行业发展面临的机遇分析 第四节 风力发电机齿轮箱行业投资风险及控制策略分析

一、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业市场风险及控制策略

二、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业政策风险及控制策略

三、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业经营风险及控制策略

四、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业技术风险及控制策略

五、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业同业竞争风险及控制策略

六、2013-2018年风力发电机齿轮箱行业其他风险及控制策略

附表略……

网 址：

风力发电技术 篇6

1973年发生石油危机以后，西方发达国家为寻求替代石化燃料的能源，在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力和资金，充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开创了风能利用的新时期。

德国、美国、丹麦等国开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台和多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率和可靠性。

风电场是大规模利用风能的有效方式，20世纪80年代初在美国加利福尼亚州兴起。而海岸线附近的海域风能资源丰富，风力强，风速均匀，可大面积采获能量，适合大规模开发风电。然而在海上建造难度也大：巨大的基座必须固定入海底30m深度，才能使装置经受得住狂风恶浪的冲击；水下的驱动装置和电子部件必须得能防止高盐度海水的腐蚀；与陆地连接还得需要几公里长的海底电缆。

2.2风电装机容量

德国的风力发电装机容量已达610.7万kW，占德国发电装机容量的33%，居世界第1位。西班牙风电装机容量283.6万kW，居世界第2位。美国风力发电装机容量已达261万kW，居世界第3位。丹麦风电技术也很先进，装机容量234.1万kW。印度风电增长很快，到2000年累积装机容量已达到122万kW。日本的风电装机容量46万kW，运行较稳定的是海岸线或岛上的风力发电站，已达576台风电设备。

2.3各国的风力发电政策

目前风电机组成本仍比较高，但随着生产批量的增大和技术的进一步改进，成本将会继续下降(见表1)。许多国家建立了众多的中型和大型风力发电场，并形成了一整套有关风力发电场的规划方法、运行管理和维护方式、投融资方式、国家扶持的优惠政策及规范、法规等。

表1世界风电装机容量（万kW）和发电成本（美分/kW·h）

年份******97199819992000

容量******1393184

5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8

数据来源：丹麦BTM咨询公司

欧洲发展风电的动力主要来自于改善环境的压力，将风电的发展作为减少二氧化碳等气体排放的措施。德国、丹麦、西班牙等国都制定了比较高的风电收购电价，保持了稳定高速的增长，1996年以后年增长率超过30%，使风电成为发展最快的清洁电能。丹麦风电技术的发展策略是政府不直接支持制造厂商，而是对购买风电机组的用户提供补贴。英国的《可再生能源责任法规》要求到2010年，每个电力供应商必须使可再生能源的电力供应量达到总电量的10%。

美国政府为鼓励开发可再生能源，在20世纪80年代初出台了一系列优惠政策。联邦政府和加利福尼亚州政府对可再生能源的投资者分别减免了25%的税赋，规定有效期到198

5年底，另外立法还规定电力公司必须得收购风电，并且价格应是长期稳定的。这些政策吸引了大量的资金采购风电机组，使刚刚建立起来的丹麦风电机组制造业获得了大批量生产和改进质量的机会。到1986年这3个风电场的总装机容量达到160万kW。2002年美国德州的风电容量为118万kW。德州政府规定，到2009年可再生能源的发电容量至少应达到200万kW，并拟订了110.4万kW的风电建设计划。

印度是一个缺电的发展中国家，政府制定了许多鼓励风电的政策，如投资风电的企业，可将风电的电量储蓄，在电网拉闸限电时，使有储蓄的企业能够得到优先供电。

澳大利亚的发电能源主要依靠煤炭。政府为改善电能结构，制定了一项强制性的可再生能源发电计划，太阳能——风力电站将成为可再生能源利用的重要组成部分。

3我国风力发电的开发现况

我国拥有丰富的风能资源，若采用10m高度的风速测算，陆地风能资源理论储量为32.26亿kW，可开发的风能资源储量为2.53亿kW。我国近海风能资源约为陆地的3倍，由此可算出我国可开发的风能资源约为10亿kW。

风能资源富集区主要在西北、华北北部、东北及东南沿海地区。20世纪70年代末80年代初，我国通过自主开发研制，额定容量低于10kW小型风力发电机实现了批量生产，在解决居住分散的农牧民和岛屿居民的用电方面有着重要意义。在国家有关部委的支持下，额定功率为200、250、300、600 kW的风力发电机组已研制出来，并在全国11个省区建立了27个风电场，浙江、福建、广东沿海及新疆、内蒙古自治区都有较大功率的风力发电场。东部沿海有丰富的风能资源，距离电力负荷中心又近，海上风电场将成为新兴的能源基地。国家计委在20世纪90年代中期制定了“光明工程”和“乘风计划”, 1997年当年装机超过10万kW，到2001年底总装机容量约40万kW。

异步风力发电系统并网技术的研究 篇7

风能是一种无污染可再生的绿色能源。随着全球能源不断消耗,环境污染日益严重,风能的大规模开发和利用,已经受到世界各国的广泛重视。我国的风能资源丰富,开发潜能巨大,发展风力发电已经成为我国能源产业实现可持续发展的十分重要的方向。风力发电技术得到了快速的发展,已经由初期的恒速恒频(CSCF)风力发电发展到现在的兆瓦级变速恒频(VSCF)风力发电。

本文以电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC为平台,软件搭建了异步风力发电系统的仿真模型,介绍了仿真模型各功能模块。通过对异步风力发电系统的仿真,验证了对所设计控制器的有效性。

1 异步风机的数学模型

异步风机系统的主电路结构如图一所示。

两个变换器工作状态的切换是由电网与风机的功率平衡决定的。当异步电机运行在电机状态时,转子需要从直流环节吸收能量,机侧变换器运行于逆变状态,由于直流环节的电容放电,会导致其两端的直流电压有下降的趋势,网侧变换器工作于整流状态以保持直流电压稳定;当异步电机运行在发电状态时,机侧变换器运行于整流状态,会向直流电容充电,引起直流环节电压的上升,网侧变换器运行于逆变状态,将直流环节的电能送向电网,以限制直流环节电压的上升。可以看出,在机侧变换器和网侧变换器的协调控制下,保证了风力发电系统的正常运行。

异步电机的数学模型:在三相静止坐标下,由于发电机系统是一个多变量、强耦合、非线性的高阶系统,进行分析和求解都十分困难。一般需要采用坐标变换的方法对电机的数学模型加以变换,使其分析和求解变得相对容易一些。

根据电机学中原理,三相对称绕组在通过三相对称电流时,其基波合成磁动势为一个正弦分布、以同步转速向前推移的正向旋转磁动势波。以这对正交绕组的轴线作为坐标轴,可以建立坐标系,其示意图如图二、三所示。

三相静止坐标系和两相同步速旋转坐标系下的数学模型,为了便于简化问题,作如下假设:

(1)忽略空间谐波,设三相绕组对称,在空间中互差120°电角度,所产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布;

(2)忽略磁路饱和,认为各绕组的自感和互感都是恒定的;

(3)忽略铁心损耗;

(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响;

(5)如无特别说明,转子侧的参数都是折算到定子侧的参数。

定子磁链方程:

转子磁链方程:

坐标系下的电压—电流方程:

2 网侧变换器控制策略

为简化控制算法,采用电网电压定向,将同步旋转dq坐标系的d轴定向于电网电压矢量us方向上,得到电网电压的d、q轴分量为:

则变换器电压方程化简为:

从电网输入到网侧变换器的有功功率和无功功率分别为:

调节变换器的有功与无功电流分量为id和iq,就可以分别控制变换器的有功与无功分量。P>0时,变换器工作在整流状态,从电网吸收能量;P<0时,变换器工作在逆变状态,向电网送入能量。Q>0时,表示变流器相对电网呈感性,吸收感性无功功率;Q<0时,表示变流器相对电网呈容性,吸收容性无功功率;Q=0时,表示网侧变换器与电网没有无功功率的交换,即对网侧变换器进行单位功率因数控制,令i×q=0即可。网侧变换器的控制原理如图四所示。

3 空载并网控制策略

控制系统并网前后控制策略不同,需要进行控制策略的切换。并网前为电流内环,电压外环;并网后为电流内环,功率外环。内回路控制结构相同,外环需要进行控制策略的切换。并网控制策略切换实现原理如图五所示。

接入电网前有功功率给定值P*等于有功功率的反馈值P,无功功率给定值Q*等于无功功率的反馈值Q,开关位置如图五所示。在并网瞬间,开关打到下面位置。同时需要注意,控制策略的切换前后补偿电压也有所不同,需要切换,这样就顺利实现控制策略的切换。

4 仿真检验

由异步风机系统的主电路结构,给出主电图在PSCAD中背靠背变换器是采用双PWM控制,其触发逻辑如图六所示。

触发电路图中,机侧变换器的相角命令与幅值命令都由dq坐标下的控制输入量u变换得到,u是调制比m和控制相角Φ的函数。则PWM的仿真如图七所示,此处仅用一相管子的PWM触发信号来说明。

图八为背靠背VSC变换器PWM控制的幅值命令和相位命令。它是由状态控制量U变换得到的。phase1与Ampl1为机侧变换器的相位控制命令和幅值控制命令的变化曲线,phase2与Ampl2为网侧变换器的相位控制命令和幅值控制命令的变化曲线。从图八中可以看出,在风速变化时网侧变换器的相位命令对机侧变换器的相位命令有较好的跟踪。这样,网侧变换器的输出功率能实现对机侧变换的有功功率的输入较快跟踪。机侧与网侧的无功功率是独立控制的。仿真结果与背靠背四象限功率控制的理论相一致。

图九至图十二为风力发电系统机侧与网侧电压、电流仿真波形。从图中可以看到,在3.5秒时,当风速发生变化时,风速变化时网侧变换器的相位命令对机侧变换器的相位命令有较好的跟踪。这样,网侧变换器的输出功率能现实对机侧变换的有功功率的输入较快跟踪。机侧与网侧的无功功率是独立控制的。仿真结果与背靠背四象限功率控制的理论相一致。

参考文献

[1]徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]李俊峰,高虎,马玲娟,等.2008中国风电发展报告[R].北京:中国环境科学出版社,2008.

[3]马洪飞,苗立杰.几种变速恒频风力发电系统控制方案的对比分析[J].电工技术杂志,2000,(10):1-4.

[4]叶杭冶.风力发电机组的控制技术(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2006.

[5]Jim Green.225-KW Dynamometer for Testing Small Wind Turbine Components.The American Wind Energy Association’s Wind Power2006Conference.

风力发电投资风险评价方法研究 篇8

关键词 风力发电 风险评价 方法

中图分类号：F062.9 文献标识码：A

0引言

近年来，我国风力发电呈现了稳健增长的趋势。但是，风力发电投资却面临多方面的问题，比如经济问题、技术问题及政策问题等。如果在投资建设过程中盲目地进行，则会造成不可估量的资源损失及经济损失，从而大大降低风力发电工作的实效性与科学性。因此，在进行风力发电投资建设之前，便需要制定有效的风力发电投资风险评价方案，以此确保投资的规范性及科学性，进一步为风力发电工作的完善奠定良机。

1风力发电投资特点分析

（1）风力发电的施工建设周期较短

较与其他建设工程，风力发电的施工建设周期比较短，一台风电机的运输安装时间通常低于3个月，如果对万千瓦级别的风电场进行建设，所花费的时间大概为一年。如此一来，风力发电前建设风险便呈现了较小的特点，同时项目停工的可能性也在很大程度上降低。但是，就算风力发电的施工建设周期比较短，同样需要提高警惕，以此为今后工程建设的正确决策提供依据。

（2）风力发电的投资回收期和运营期较长

通常风力发电的投资回收期比较长，一般超过8年。这主要是受到风能资源所具备的两个特点影响，其一为能量密度较低，其二为供给具有不可控性。据有效数据表明，风电机组的年平均利用小时数在2300h左右，与火电厂比较要低很多。所以，在风力发电的实际发量受到制约的情况下，与之对应的风力发电投资回收期便较长。

同时，风力发电具备耐久性这一特性。主要指的是风力发电项目的经济寿命及自然寿命较长，换而言之，便是运营周期较长。基于理论层面分析，它的运营区通常可高达20年至30年之间，由于寿命周期较长，所以发生各类风险的概率便大大增加。这些风险涵盖了暴愈、雷电及地震及台风等。

（3）风力发电占地面积大

对于风力发电厂来说，其整体面积呈现了无下降空间的特点。主要是由于风机在布置方面存在多方面的限制。其一，风机比值数量不能太少，若数量过少，便没有办法对当地的风能资源进行利用，从而无法使风力发电的规模效应充分有效地发挥出来。其二，如果风电机组布置太过集中，基于风机间的尾流会对旁边的设备造成极大的影响，并且使风机电组承受较大的疲劳载荷，如此以来便使风电机组的使用寿命大大降低。所以，在对风机进行布置的时候，为了使以上问题得到有效规避，通常需合理地将布机范围扩大。除此之外，风电场建设还需要对电气设备的配置及保护进行充分考虑，以此使机组间集电线路能得到有效保障，同时使施工道路的长度得到有效保障。

2风力发电投资风险评价方法探究

2.1风力发电投资风险评价常用方法分析

对于风力发电投资风险评价，常用的方法有三种，即为：层次分析法、敏感分析法及蒙特卡洛方法。

（1）层次分析法。该方法的基本思路是以风力发电投资决策问题的本质为依据，然后将其进行有层次地分解，以此形成一个阶梯性的层次结构，该结构自上而下分为三层：目标层、准则层及方案层。使用层次分析法对风力发电投资风险进行评价主要表现为评价思路简单，同时也存在一些缺陷，比如基于专家系统权衡打分方面往往过于随意及主观，缺乏客观性及正确性。又如，因为风力发电发展时间比较短，有些专家多该领域认识不够充分，时常会发生判断错误的情况。在个别专家判断失误的情况下，便会使评价结果与实际情况之间存在很大的差异。

（2）敏感分析法。该方法是目前风力发电投资风险定量评价是常用的方法，使用该方法需要完成两个步骤。第一步，需对目标指标进行设立，同时以过去的经验及相关数据为依据，对该目标指标的预期值进行估算。第二步，以目标指标的计算公式对某一个风险因素所发生的变动进行分析，然后确定会对目标指标造成多大的损害。比如：让上网电量、电价及利率等因素控制在一定的百分比之内，通常控制在5%～10%以内。

2.2基于支持向量机方法的风力发电投资风险定性评价

对于支持向量机方法，主要适合运用在非线性、小样本及高维数等方面的风险评价问题。与传统风险评价方法比较，主要具备三方面的优势：

（1）能够有效克服风力发电数据缺失问题。使用支持向量机方法进行风力发电投资风险评价时，通过小样本训练学习，便能够得出模拟评价结果，这样便能够使风力发电所存在的数据缺失问题得到有效解决。

（2）在评价中更具客观性及科学性。该方法很好地避免了专家通过打分计算指标权重的过程，这样便使整个评价过程更具客观性及精准性。

（3）能够为风力发电投资提供有效的决策依据。对于在人工智能法当中所存在的一些问题能够实现有效避免，例如多个局部优化解等问题。通过避免这些问题，便使评价结果保持唯一性，进一步为风力发电投资提供了有利的决策依据。

3结语

通过本课题的探究，认识到制定有效的风力发电投资风险评价方法的重要性与必要性。总而言之，风力发电投资风险评价方法是否有效落实会对我国风力发电产业在未来的发展构成很大的影响。因此，进一步扩大对风力发电投资风险评价方法在理论方面的研究工作便显得极为重要。同时，需要在实践当中不断发现问题，对问题加以改正，以此使风力发电投资风险评价方法更具时效性与科学性，进一步为我国土地资源的合理开发、利用及管理提供帮助。