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簡介
風力發(fā)電機組進行發(fā)電時，都要保證輸出電頻率恒定。這無論對于風機并網發(fā)電還是風光互補發(fā)電都非常必要。要保證風電的頻率恒定，一種方式就是保證發(fā)電機的恒定轉速，即恒速恒頻的運行方式，因為發(fā)電機由風力機經過傳動裝置進行驅動運轉，所以這種方式無疑要恒定風力機的轉速，這種方式會影響到風能的轉換效率；另一種方式就是發(fā)電機轉速隨風速變化，通過其它的手段保證輸出電能的頻率恒定，即變速恒頻運行。風力機的風能利用系數跟葉尖速比(葉輪尖的線速與風速的比值)有關，存在某一確定的葉尖速比，使Cp達到最大值。因此，在變速恒頻運行方式下，風力機和發(fā)電機的轉速可在很大范圍內變化而不影響輸出電能的頻率。因此風力發(fā)電機組經常用變速恒頻法保證輸出頻率恒定。
背景
近年來，全球可再生能源利用年增長率達到25%．可再生能源的利用將以電力行業(yè)為主導，非水力可再生能
源的發(fā)電比例將擴大兩倍。據統計，2002年可再生能源的消費雖約14億t油當量，2030年將超過22億t油當量。風能發(fā)電作為除水力發(fā)電外技術最成熟的一種可再生能源發(fā)電，其裝機容量占整個可再生能源發(fā)電裝機總容員的絕大部分。但是電力電子器件性能的限制，給大容量風電機組的研制及應用造成了一定的瓶頸。
隨著大功串的電力電子器件和能源存儲設備的進一步發(fā)展，風力發(fā)電在總投資或發(fā)電費用上可與常規(guī)能源相競爭，風力發(fā)電技術也會得到更大的發(fā)展。
此外，隨著風電場的容量不斷增加，當電網電壓發(fā)生跌落時，保證風電機組不脫網運行、維持區(qū)域電網的穩(wěn)
定顯得更加重要。隨著大功率的電力電子器件及其控制技術的發(fā)展，目前風電機組所面臨的低電壓穿越問題將能得到很好的解決。
風力發(fā)電機組按照主傳動鏈結構形式可以分為具有多級升速齒輪箱的雙饋式風力發(fā)電機組、無升速齒輪箱的直驅式風力發(fā)電機組和具有一級升速齒輪箱的半直驅式風力發(fā)電機組s而按照風力發(fā)電機組轉速調節(jié)方式可分為值速恒領風力發(fā)電機組和變速恒頻風力發(fā)電機組。變速恒頻風力發(fā)電機組由于具有較高的風能利用效率，目前已成為風力發(fā)電中的主流機型。
小型發(fā)電結構
小型風力發(fā)電機組，雖然種類很多．但其結構大致可分為兩大部分。其中機械部分包括：風輪、傳動機構、限速或調速機構、剎車機構、機座回轉體塔架等；電器部分包括：發(fā)電機、配電盒或控制器、蓄電池、逆變器等。各部分的功能簡介如下：
風輪風輪是風力發(fā)電機組的能量轉換裝置，它的作用是將風朗轉換為機械能，利用風輪的轉動，帶動發(fā)電機發(fā)電。風輪是風力機的重要構件，主要由葉片、葉柄、輪級三部分組成。
傳動裝量介于風輪與發(fā)電機之間的變速機構。其作用是改變傳動方向和變速之用。對于百瓦級微小型風力發(fā)電機組來說，由于發(fā)電機均采用低速發(fā)電機，所以，一般省去了傳動裝置，風輪與發(fā)電機之間采用直接連接。
限速機構和調速機構風力機工作環(huán)境比較惡劣，受自然風況影響較大，有時要受到突發(fā)性陣風或強風的吹襲。為了保證風力機安全可靠地運轉，并使風輪在一個限定的轉速范圍內工作，就需要設置必要的調速和限速機構。常見的調速機構有離心變矩、風輪側偏、機頭側仰、氣動阻尼、風輪偏心、配重尾翼等形式。
調向機構其作用是使風輪葉面總保持與來風處于垂直狀態(tài)，從而使風帆獲得最大的風能，以實現最大的功率輸出。高速螺旋槳式風力機按風輪與來風所處的空間位置分為上風式(亦稱迎風式)、下風式(亦稱背風式)兩種。
發(fā)電機發(fā)電機是整個風力發(fā)電系統的做功裝置。它的作用是將機能轉換成電能。常用的發(fā)電機有直流發(fā)電機、硅整流發(fā)電機。硅整流發(fā)電機又有永磁式與激磁式之分。硅整流發(fā)電機與直流發(fā)電機相比，具有體積小、重量輕、結構簡單、低速充電性能好等特點。
配電盒或控制器配電盒或控制器是風力發(fā)電機組維持向外正常供電不可缺少的部件。對風力發(fā)電機組來說，由于自然風時大時小，成時有時無，不能用發(fā)電機直接向用電設備供電，而必須與蓄電池共同使用才能保證輸出電壓穩(wěn)定。對蓄電池來說，過充電或過放電都會降低其使用壽命。因此，配電盒中必須具有必要的保護裝置，以保證發(fā)電機組的正常使用。
逆變器逆變器是一種將直流電轉換成交流電的裝置。微小型風力發(fā)電機組輸出電壓一般有12v、24V、36v，只能供相應電壓的直流用電器使用，而目前大多的家用電器如：電視機、洗衣機、電冰箱、電動機等都使用220V交流電。因此，必須使用逆變器將直流電變換成交流電，以供家電使用。
分類和特點
恒速恒頻風力發(fā)電機組
恒速恒頻風力發(fā)電機組主要分為籠型感應發(fā)電機恒速恒頻風力發(fā)電機組和電勵磁同步發(fā)電機恒速恒頻風力發(fā)電機組．
具有以下特點：
風力發(fā)電機組
(l)機組結構簡單，適合在野外環(huán)境工作；
(2)由于轉速不變．無法進行最大功率點跟蹤控制，發(fā)電效率降低；·
(3)當風速快速升高時，由于轉速不變，風能將通過漿葉傳遞給主軸、齒輪箱和發(fā)電機等部件，產生很大的機械應力，從而引起這些部件疲勞損壞。該類型風力發(fā)電機組由于在低風速區(qū)域效率低，主要應用于小功率、機組容量低于600kw的系統。
其優(yōu)點是：
不需要采用大功率全控開關器件進行變頻控制，降低整個機組的成本和控制復雜程度；
缺點是：
整個風力發(fā)電機組的轉速恒定，使得機組在低風速區(qū)間內不能以員位葉尖轉速比運行，造成低風速區(qū)間內的能量損失。
變速恒頻風力發(fā)電機組
變速恒頻風力發(fā)電機組由于其轉速能隨著風速的變化而變化．可以保證機組在低風速區(qū)域獲得最大的風能利用串．其效率比恒速恒頻風力發(fā)電機組高很多。
目前，變速恒頻風力發(fā)電機組主要分為雙饋異步風力發(fā)電機組、永磁直驅風力發(fā)電機組和電勵磁同步半直驅風力發(fā)電機組。目的，雙饋異步風力發(fā)電機組為變速桓頻風力發(fā)電機組中的主流機型。
變速恒頻風力發(fā)電機組在正常運行過程中，其轉速隨著風速變化。
其優(yōu)點是：
在額定轉速以下，風力發(fā)電機組的轉速跟隨風速變化，保證機組運行在最佳葉尖轉速比點，使機組在低風速區(qū)間內獲得最大風能利用率；
其缺點是：
由于電網頻率基本不變，而機組的轉速在一定范圍內變化，這就要求在發(fā)電機與電網之間增加全控變流器．以實現電網頻率與發(fā)電機轉速之間的解耦控制，因此，風力發(fā)電機組的成本和控制復雜程度會相應增大。
由于風電場一年內大部分時間段的風速都在額定風速以下，提高額定風速以下風力發(fā)電機組的風能利用效率是提高機組年發(fā)電雖的關鍵因素。另外，大功率的全控電力電子器件的出現，使得現代風力發(fā)電機組大都采用變速恒頻風力發(fā)電機組。
維修與保養(yǎng)
在遠離電網或缺電地區(qū)，小型風力發(fā)電機組得到迅速推廣。目前，廣大用戶感到缺乏機組的繼修和保養(yǎng)知識，這里就向大家介紹一下這方面的知識。
風力發(fā)電機組包括風輪、轉向裝置、發(fā)電機、蓄電池、充放電控制器、塔架及其他附件。機組的保養(yǎng)可分為一級保養(yǎng)、二級保養(yǎng)和三級保養(yǎng)(即一保、二保、三保)。
一保，就是很快地排除巳發(fā)現的故障，快速及時地更換或者修復一些損壞的零部件，這對延長機組的使用壽命是極為重要的一環(huán)。
三保，是指機組運行三至五年，要進行一次全面檢查相繼護，零部件若有損毀，要進行更換或修復。
優(yōu)勢
由于風電屬于新能源范疇，無論是成本還是技術同傳統的火電、水電相比還有較大的差距，因而風電的快速
發(fā)展需要國家政策的大力扶持?？v觀風電發(fā)展迅速的國家如德國、西班牙、印度，無一例外地都給予風電產業(yè)巨大的政策優(yōu)惠。中國對風電的政策支持由來已久，力度也越來越大，政策支持的對象也由過去的注重發(fā)電轉向了注重扶持國內風電設備制造。國家的政策支持將是風電設備制造業(yè)迅猛發(fā)展的根本保障，隨著中國國產風機設備的自主制造能力不斷加強，國家的政策支持力度也將越來越大，風電設備制造業(yè)面臨難得的歷史發(fā)展機遇。
中國正逢風電發(fā)展的大好時機，風電設備市場需求增加。另外，除了風電設備整機需求不斷增加之外，葉片、齒輪箱、大型軸承、電控等風電設備零部件的供給能力仍不能完全滿足需求，市場增長潛力巨大。因此中國風電設備制造業(yè)景氣持續(xù)。
現狀
近年來，新興市場的風電發(fā)展迅速。在國家政策支持和能源供應緊張的背景下，中國的風電特別是風電設備制造業(yè)也迅速崛起，已經成為全球風電最為活躍的場所。2006年全球風電資金中9%投向了中國，總額達16.2億歐元（約162.7億元人民幣）。2007年，中國風電裝機容量已排名世界第五。
《中國風力發(fā)電機組全景評估與發(fā)展趨勢研究報告》分析中國巨大的風電市場以及廉價的勞動力成本，吸引了大量國外風電巨頭紛紛在中國設廠，或采取與國內企業(yè)合資的方式，生產的產品都被貼上了中國制造的標簽。中國制造的風電設備產品占據越來越大的市場份額，風機產品正在經歷一個由全球制造向中國制造的轉變。
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。中國風能儲量很大、分布面廣，僅陸地上的風能儲量約2.53億千瓦。近5年來，世界風能市場每年都以40%的速度增長。預計未來20-25年內，世界風能市場每年將遞增25%?，F在，風能發(fā)電成本已經下降到1980年的1/5。隨著技術進步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競爭。隨著電力行業(yè)競爭的不斷加劇，國內優(yōu)秀的電力企業(yè)越來越重視對行業(yè)市場的研究，特別是產業(yè)環(huán)境的深度研究。
隨著風電產業(yè)近年來的快速發(fā)展，目前國內大型風力發(fā)電機組制造技術已經趨向成熟，而作為風電機組的核心技術，風電機組控制技術被國外壟斷；同時，由于風力發(fā)電電能質量差，風電場并網問題已經成為了制約風電發(fā)展的又一大瓶頸，解決大規(guī)模風電并網問題迫在眉睫。
本項目旨在對制約我國風電發(fā)展的風電機組控制系統控制和風電場并網兩大技術領域進行研究，研制出自主知識產權的2.0MW風電機組主控、變槳距、變流系統；搭建控制系統仿真試驗平臺以及變流器全功率試驗平臺。開發(fā)出風電場并網全動態(tài)無功補償裝置，有效解決風電并網電能質量問題，搭建風電場并網全動態(tài)無功補償裝置試驗平臺。同時開發(fā)出風電機組在線監(jiān)測與故障診斷系統為風電機組的安全運行提供保障。
發(fā)展
據《2013-2017年中國風力發(fā)電機組行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》數據顯示，2012年5月各發(fā)電機組類型發(fā)電量情況：按發(fā)電機組類型來看：水電發(fā)電量2226億千瓦時，同比增長7.8%，由于河流來水較好，增速已明顯回升；火電發(fā)電量15776億千瓦時，同比增長4.1%，增速繼續(xù)回落；核電發(fā)電量394億千瓦時，同比增長12.5%，增速低于上年同期；風力發(fā)電量424億千瓦時，同比增長24.2%，仍維持較快增長。
2012年12月各發(fā)電機組類型發(fā)電量情況：按發(fā)電機組類型來看：
水電發(fā)電量8641億千瓦時，同比增長29.3%，全年實現大幅增長；
火電發(fā)電量39108億千瓦時，同比增長0.3%，實現微幅增長；
核電發(fā)電量982億千瓦時，同比增長12.6%，增速低于去年；風力發(fā)電量1004億千瓦時，同比增長35.5%，維持較快增長。
2021年9月30日，國內首套新型綜合防冰葉片示范樣機在湖南創(chuàng)一新材料有限公司車間成功下線。這是中國國內首次融合覆冰預警、覆冰監(jiān)測、高性能疏水、疏冰材料、高能氣熱等新型技術的綜合防冰系統，標志著高山易覆冰風電機組高效除冰的關鍵技術取得重大突破。
安裝選址
風速及風向的變化對風力發(fā)電機的發(fā)電量有著較大的影響，通常，塔架越高，風速越大，氣流越平穩(wěn)，發(fā)電量越大。因此風力發(fā)電機的選址應慎重考慮，每一次安裝都不同，而且要考慮塔筒高、電池組的距離、當地規(guī)劃要求以及建筑和樹木這些障礙物等因素。風機安裝與選址具體要求如下：
風力發(fā)電機組推薦的最小塔高是8米或距離障礙物5米以上安裝范圍中心的100m范圍之內盡量沒有障礙物；
風機高度范圍內的垂直方向的風速切變要?。贿x擇盡可能少的自然災害的地方；
選擇安裝位置時安全是首要關注的。因此，即使是在一個風速資源較不理想的地方安裝風力發(fā)電機，安裝時風輪葉片不得旋轉。
參考資料
[1]
國內首套新型綜合防冰葉片在湖南下線 · 今日頭條[引用日期2021-10-01]
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作者
