風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

1、風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)1352517摘 要：介紹了世界風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和我國的研究現(xiàn)狀。分析并得出風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)是確保機(jī)組安全可靠運(yùn)行、優(yōu)化機(jī)組效率的關(guān)鍵。具體介紹了控制系統(tǒng)的功能，并給出了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)探討了控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。仿真表明：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的研究，對(duì)增強(qiáng)我國大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開發(fā)能力、進(jìn)步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的率和降低機(jī)組本錢具有重要意義。：風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng) 功能 結(jié)構(gòu) 研究動(dòng)態(tài)1、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀為了促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用，增加能源供應(yīng)，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，于 2005 年 28 日本法所稱可再生能通過了中民可再生能

2、源法，并在第二條源，是指風(fēng)能、能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等非化石能源。由此可以看出，國家?duì)于新能源開發(fā)的重視。從上世紀(jì)八十年始引進(jìn)風(fēng)電機(jī)并進(jìn)行性，到現(xiàn)在，我國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展得到了極大的進(jìn)步。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2009 年底，我國風(fēng)電機(jī)的總?cè)萘课痪邮澜绲诙略龅目傃b機(jī)量也占據(jù)世界首位。我國風(fēng)電市場的已經(jīng)舉足輕重。從相關(guān)發(fā)展技術(shù)上來看，我國的風(fēng)電技術(shù)隨著科技的進(jìn)步得到了長遠(yuǎn)的發(fā)展勢(shì)頭。通過引進(jìn)、吸收到進(jìn)一步融會(huì)貫通，從而創(chuàng)新這一發(fā)展，我國風(fēng)電技術(shù)在不斷進(jìn)步，國內(nèi)兆瓦級(jí)的機(jī)組一開始普及，對(duì)我國兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)來說是一種肯定。而且，風(fēng)電裝備的制造也開始集中，使得我國機(jī)組的國內(nèi)市場的份額也逐年遞

3、增。從有的狀況來看，無論是風(fēng)電機(jī)組的制造，還是重要零我國國內(nèi)風(fēng)電市場的需要。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意到，仍有部分的配置都能夠滿足的制造存在，不能滿內(nèi)生產(chǎn)供給的需要，需要從國口，這對(duì)我國風(fēng)電市場的競爭來說，增大了成本。因此，在2.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)創(chuàng)新研發(fā)方面，我國應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、電能變換單元和控制系統(tǒng)組成，如圖 1 所示。風(fēng)輪通過葉片捕捉風(fēng)能，是吸收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的。發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能電能轉(zhuǎn)換。由于異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠，目前風(fēng)力發(fā)電幾乎均采用異步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能有兩種處理方式：可以直接給負(fù)載供電或并進(jìn)電網(wǎng)；也可以通過儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行蓄能，再由電能變換單元將儲(chǔ)能設(shè)

4、備輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電再供給負(fù)載或并網(wǎng)。儲(chǔ)能設(shè)備作為中間環(huán)節(jié)不僅可以將能量起來，還兼有穩(wěn)定電壓的優(yōu)點(diǎn)，這樣對(duì)負(fù)載供電更平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊亦可減小。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)，不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)、脫網(wǎng)控制，以確保運(yùn)行過程的安全性和可靠性，而且還要根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向的變化，對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以進(jìn)步機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電量。3.風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中需要解決的基本是如何在風(fēng)速變化的情況下，獲得較穩(wěn)定的電壓輸出，以及如何解決無風(fēng)時(shí)的用電題目。既要考慮到風(fēng)能的特點(diǎn)，又要考慮到用戶的需要，達(dá)到實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果，關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一就是要有一個(gè)穩(wěn)

5、定、可靠、功能齊全的控制系統(tǒng)。目前盡大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)都選用集散型或分布式（）產(chǎn)業(yè)控制計(jì)算機(jī)。有各種功能的模塊可供選擇，可以方便地實(shí)現(xiàn)就地控制，很多控制模塊可直接布置在控制對(duì)象的工作點(diǎn)，就地處理；同時(shí)現(xiàn)場適應(yīng)性強(qiáng)，便于控制程序現(xiàn)場調(diào)試及在機(jī)組運(yùn)行時(shí)可隨時(shí)修改控制參數(shù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。4.風(fēng)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)特性風(fēng)電系統(tǒng)的成本主要由容量系數(shù)，風(fēng)機(jī)價(jià)格，風(fēng)機(jī)使用及電量損失決定6。，風(fēng)資源狀況以容量系數(shù)是風(fēng)力發(fā)電成本的影響之一，在風(fēng)電成本的計(jì)算中，容量系數(shù)是一個(gè)重要的參考值。一般是容量系數(shù)越大，風(fēng)力發(fā)電的成本越高，在其他因素一定的條件下，容量系數(shù)是影響風(fēng)力發(fā)電成本的決定

6、性。風(fēng)機(jī)是風(fēng)力發(fā)電中的主要設(shè)備，對(duì)于風(fēng)電的開發(fā)和利用有重要的作用。風(fēng)機(jī)的價(jià)格、使用也與風(fēng)力發(fā)電的成本關(guān)，價(jià)格較高的風(fēng)機(jī)不僅使用壽命長而且能夠節(jié)約風(fēng)能，減少消耗。但同時(shí)也增加了風(fēng)電系統(tǒng)建設(shè)的前期投資成本。風(fēng)資源狀況對(duì)于風(fēng)力發(fā)電成本也有一定的影響，如果風(fēng)力或者風(fēng)速不夠大的話，就會(huì)使得發(fā)電的速度降低，效率降低，達(dá)不到預(yù)期的成果。在發(fā)電的過程中由于種種原因會(huì)造成電量損失，電量的流失造成發(fā)電量，就必須花費(fèi) 的時(shí)間和成本繼續(xù)發(fā)電，不僅延長了發(fā)電的周期還造成了發(fā)電成本的增加?，F(xiàn)如今，風(fēng)電技術(shù)已日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，能源可用率達(dá) 95% 以上，風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性日益提高6。如果計(jì)及煤電的環(huán)境保護(hù)及交通 等投資

7、，風(fēng)電成本也低于煤電。總體而言發(fā)電成本較低，低于油電和核電。5.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著世界各國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求量逐年增大，而風(fēng)電作為最具有開發(fā)前景的新能源和再生能源之一，已成為各國持續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展的趨勢(shì)如下:單機(jī)從小容量到大容量發(fā)展。為提高風(fēng)能及發(fā)電設(shè)備的利用效率，減少風(fēng)電場的占地面積，使風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益最大化，兆瓦級(jí)大容量機(jī)組已成為發(fā)展趨勢(shì)。定槳距向變槳距變速發(fā)展。風(fēng)能具有隨機(jī)性和爆發(fā)性的特點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，改變風(fēng)輪的槳距角使其保持在最佳葉尖速比。以期獲得風(fēng)能的最大利用效率。并且在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，通過調(diào)整葉輪槳距角減少風(fēng)能捕獲，以利于機(jī)組緊急停機(jī)或配合低電壓

8、穿越控制策略。雙饋主導(dǎo)，直驅(qū)引領(lǐng)。由于雙饋風(fēng)機(jī)技術(shù)較為成熟、控制性能好、生產(chǎn)成本優(yōu)點(diǎn)，已占據(jù)風(fēng)電市場的主導(dǎo)地位。而與之相比的直驅(qū)電機(jī)，因減少了齒輪箱帶來的故障隱患，高了運(yùn)行可靠性，與之相連的全功率變流技術(shù)具有良好的低電壓穿越能力。因此，直驅(qū)風(fēng)機(jī)及其衍生的半直驅(qū)風(fēng)機(jī)將引領(lǐng)未來的風(fēng)電市場。風(fēng)電場向常規(guī)電廠發(fā)展。隨著能源的短缺，新能源勢(shì)必將要代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。由于風(fēng)能的不確定性，如何使風(fēng)電場向常規(guī)電廠那樣滿足電網(wǎng)運(yùn)行的要求，及具有良好的可控可調(diào)性，還有很長的路要走。陸上發(fā)電向海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量逐漸增大，龐大的體積難以和風(fēng)電場選址限制了其在陸地上的發(fā)展。海上風(fēng)能資源極其豐富，風(fēng)速高、對(duì)噪音要求低、大容量機(jī)組易于等特點(diǎn)，加之VSC-HVDC技術(shù)及其的多端直流輸電技術(shù)為海上風(fēng)電傳輸掃除了技術(shù)，使其成為未來風(fēng)電的一個(gè)重要發(fā)展方向。