裝配圖風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告

裝配圖風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告,裝配,風(fēng)力,發(fā)電,調(diào)研,報(bào)告,講演,呈文 風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告 摘要: 風(fēng)力發(fā)電是一項(xiàng)高新技術(shù)，它涉及到氣象學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子控制技術(shù)、材料學(xué)、化學(xué)、機(jī)電工程、電氣工程、環(huán)境科學(xué)、等十幾個(gè)專業(yè)學(xué)科，是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電作為現(xiàn)在新能源利用的重要技術(shù)之一，電氣工程和它是息息相關(guān)，密不可分的。 關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電、裝機(jī)容量、發(fā)電機(jī)、發(fā)電技術(shù)。 一．發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的意義、重要性及其必要性。 在全球生態(tài)環(huán)境惡化和化石能源逐漸枯竭的雙重壓力下，對(duì)新能源的研究和利用已成為全球各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。除水力發(fā)電技術(shù)外，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、最具大規(guī)模開發(fā)和最有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。由于在改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面的突出作用，目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展和研究風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)。 風(fēng)能很早就被利用，主要用來風(fēng)車抽水、風(fēng)車磨面等，風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，其蘊(yùn)藏的能量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74億MW，其中可利用的部分約為2百萬(wàn)MW，它比地球上可開發(fā)利用的水能總量要大十倍，是每年全世界燃燒煤獲得能量的三倍；我國(guó)每年依靠煤發(fā)電占了80%，產(chǎn)生了大量的溫室氣體，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)了低碳環(huán)保；風(fēng)能不需要成本，也不造成輻射或空氣污染，可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益；還有我國(guó)的風(fēng)力資源是相當(dāng)雄厚的，也為風(fēng)能來源提供充足的保障。 二．國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 就全球外風(fēng)力發(fā)電的情況來看，其未來各方面的效益是相當(dāng)可觀的。全球風(fēng)力能源在2008年增長(zhǎng)28.8%，美國(guó)2008年新建了8.35GW的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)能，總產(chǎn)能為25.1GW占全球風(fēng)力發(fā)電的五分之一；歐盟在2008年末，風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量為64.94GW；2009年，雖然金融危機(jī)引起的全球經(jīng)濟(jì)秩序的動(dòng)蕩仍在持續(xù)，但風(fēng)電行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，全球年度市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)41%，行業(yè)市場(chǎng)格局基本沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變，美國(guó)、歐盟和亞洲仍處于全球風(fēng)電發(fā)展的主要領(lǐng)導(dǎo)地位，明顯的變化是中國(guó)超越美國(guó)，成為了2009年新增裝機(jī)容量全球第一的國(guó)家。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)GWEC統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，截止2009年，全球風(fēng)電裝機(jī)容量累計(jì)已達(dá)1.58億kW，增長(zhǎng)率累計(jì)達(dá)31.9%，產(chǎn)出總值為450億歐元，從業(yè)人數(shù)約50萬(wàn)，該產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界能源市場(chǎng)的重要組成部分。到2009年底，全球已有100多個(gè)國(guó)家涉足風(fēng)電領(lǐng)域，目前17國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量超過百萬(wàn)千瓦[1]。 對(duì)于中國(guó)，我國(guó)在2009年風(fēng)能裝機(jī)容量為25GW，與美國(guó)相差了1000萬(wàn)kW；2009年中國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量1380萬(wàn)kW，居全球第一；中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量2580萬(wàn)kW，僅次于美國(guó)的3506萬(wàn)kW；風(fēng)電機(jī)組裝備與制造能力居全球第一。2010年新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量雙居全球第一位；2020年的風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)可達(dá)2.3億kW，相當(dāng)于13個(gè)三峽水電站的規(guī)模，年總發(fā)電量約4649億kW·h，風(fēng)電總裝機(jī)容量占15%左右，可取代200個(gè)火電廠，減少二氧化碳排放量4.1億t/a，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤近1.5億t/a[1]。 三．風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類 根據(jù)基本結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理，發(fā)電機(jī)通?？煞譃橹绷麟姍C(jī)、感應(yīng)異步電機(jī)和同步電機(jī)幾大類。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中電機(jī)類型繁多，包括以下類型。 （一）在CSCF 風(fēng)電系統(tǒng)中常用的發(fā)電機(jī)包括異步機(jī)感應(yīng)電機(jī)和電勵(lì)磁同步機(jī)。 1.異步機(jī)感應(yīng)電機(jī)。異步機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維護(hù)，適用于各種惡劣的工況條件，但轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍窄。電機(jī)定子一般通過變換器或軟啟動(dòng)器與電網(wǎng)相連，通常還需并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償器，提供足夠的無(wú)功補(bǔ)償以維持機(jī)端電壓穩(wěn)定。軟啟動(dòng)器的主要作用是限制并網(wǎng)時(shí)過大的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的不利影響。 2.電勵(lì)磁同步電機(jī)。它帶有獨(dú)立的勵(lì)磁系統(tǒng)，是同步電機(jī)必不可缺的組成部分，必須通過勵(lì)磁系統(tǒng)的激磁才能建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁方式可分為直流勵(lì)磁、靜止交流整流勵(lì)磁和旋轉(zhuǎn)交流整流勵(lì)磁。旋轉(zhuǎn)交流整流勵(lì)磁無(wú)需電刷及滑環(huán)，可靠性大為提高。調(diào)節(jié)勵(lì)磁可以改變電機(jī)無(wú)功功率以及功率因素，且并網(wǎng)運(yùn)行供電可靠性高，頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量好，這是同步機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)[2]。 （二）在VSCF 風(fēng)電系統(tǒng)中所采用的電機(jī)種類比較多，常見的有以下幾種。 1.籠型異步電機(jī)。因轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)像鼠籠而得名，風(fēng)速改變時(shí)，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也跟隨調(diào)整，因此發(fā)電機(jī)輸出的電壓頻率不是恒定的，利用電機(jī)定子和電網(wǎng)間的變換器，將頻率轉(zhuǎn)變成與電網(wǎng)相同的恒定頻率，可見變速恒頻控制是在定子側(cè)實(shí)現(xiàn)的[3]。由于電機(jī)定子與變換器相連，變換器容量與發(fā)電機(jī)的相同，特別在大容量風(fēng)電系統(tǒng)中將導(dǎo)致變換器成本、體積以及重量都明顯增加，一般多應(yīng)用于離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)。 2．繞線式異步電機(jī)。普通繞線式異步發(fā)電機(jī)。這類發(fā)電機(jī)的滑差變化小，調(diào)速范圍較窄，通常不超過5%。利用改變轉(zhuǎn)子回路外串電阻阻值大小的方式，就能改變轉(zhuǎn)子回路中外串電阻所消耗的轉(zhuǎn)差功率，以此達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，但在轉(zhuǎn)子回路串入電阻，使系統(tǒng)損耗加大。 3．雙速異步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)具有兩種不同的同步轉(zhuǎn)速，即低同步轉(zhuǎn)速和高同步轉(zhuǎn)速。風(fēng)速較低時(shí)采用低同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式，維持低功率輸出；風(fēng)速較高時(shí)采用高同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式，與之對(duì)應(yīng)則是高功率輸出。根據(jù)異步電機(jī)理論，在電網(wǎng)頻率恒定的情況下，只需改變極對(duì)數(shù)，就能改變同步轉(zhuǎn)速。通常通過安裝兩套不同繞組或改變定子繞組的接線方式就可改變極對(duì)數(shù)[2]。 4.滑差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)。根據(jù)風(fēng)力機(jī)特性，當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)，而風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速維持不變，風(fēng)能利用效率必將偏離最佳值，風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率將明顯降低。若風(fēng)速在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速也可跟隨變化，此時(shí)利用電力電子元件構(gòu)成的控制機(jī)構(gòu)，調(diào)整滑差可調(diào)繞線式異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻值的大小就可保持轉(zhuǎn)子電流恒定，不需要進(jìn)行變槳距調(diào)節(jié)便可保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定，避免了風(fēng)速頻繁變化引起輸出功率的波動(dòng)，供電質(zhì)量明顯改善; 變槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也無(wú)須頻繁操縱、控制，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，有效地延長(zhǎng)了機(jī)組的使用年限。 5.交流勵(lì)磁雙饋異步發(fā)電機(jī)。這類發(fā)電機(jī)定子側(cè)直接與電網(wǎng)相接，轉(zhuǎn)子側(cè)通過變換器與電網(wǎng)相連，定子、轉(zhuǎn)子均可與電網(wǎng)雙向傳遞功率，通過轉(zhuǎn)子側(cè)變換器可改變轉(zhuǎn)子電流的頻率、相角及幅值實(shí)現(xiàn)恒頻輸出。這種電機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，也可發(fā)電運(yùn)行，調(diào)速范圍較寬，而定子側(cè)輸出電壓與頻率均可保持恒定; 對(duì)輸出有功和無(wú)功可分別獨(dú)立控制；對(duì)網(wǎng)側(cè)有無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?，可有效提高電網(wǎng)的功率因素，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。變換器只提供轉(zhuǎn)差功率，其容量?jī)H僅相當(dāng)電機(jī)的20%—30%，可顯著降低變換器的成本，是一種較為優(yōu)化的變速恒頻運(yùn)行方案，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用[2]。 6.無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)。無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)定子包含兩套極數(shù)不同的繞組:功率繞組，相當(dāng)于雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組，與電網(wǎng)直接相連；控制組，相當(dāng)于雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，通過變換器連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子采用磁阻式或者籠型結(jié)構(gòu)形式; 雖然這種發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理與雙饋發(fā)電機(jī)的存在本質(zhì)的不同，但都能利用相同的控制策略進(jìn)行變速恒頻調(diào)節(jié)[3]。因發(fā)電機(jī)本身沒有滑環(huán)和電刷，既降低了成本，又提高了運(yùn)行的可靠性。 7.永磁同步發(fā)電機(jī)。永磁同發(fā)電機(jī)定子通過變換器與電網(wǎng)相連(如圖二)，因此變換器的容量與電機(jī)的相同，變速恒頻運(yùn)行是在定子側(cè)實(shí)現(xiàn)的。若省去系統(tǒng)的齒輪箱部件，風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)直接耦合，即為直驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，否則為半驅(qū)式結(jié)構(gòu)。直接耦合后無(wú)需傳動(dòng)裝置，噪聲大為降低，但發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速比較低，導(dǎo)致電機(jī)機(jī)體體積相對(duì)較大，成本有所提高，但考慮省去了造價(jià)昂貴且易磨損的齒輪箱部件，整個(gè)機(jī)組的制造成本還是下降了，可靠性也大為提高，系統(tǒng)也更便于維護(hù)[3]。 圖一.直驅(qū)式永磁同步電機(jī)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng) 8.混合勵(lì)磁永磁同步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)是在永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改良而來，既含有永磁體，又帶有自身的勵(lì)磁系統(tǒng)。電機(jī)氣隙磁場(chǎng)由兩部分合成:一部分是由電勵(lì)磁系統(tǒng)激勵(lì)生成，這部分磁場(chǎng)強(qiáng)弱可調(diào)節(jié)；另一部分則由電機(jī)的轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生，是構(gòu)成磁場(chǎng)的主體部分。它同時(shí)具有永磁同步電機(jī)及電勵(lì)磁同步電機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn):磁場(chǎng)既可調(diào)，勵(lì)磁損耗又低，且效率高，又解決了永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)難以調(diào)節(jié)的不足，有較好的發(fā)展應(yīng)用前景[6]。 9.開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)。開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，電機(jī)定子上有集中繞組，利用控制器分時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電和勵(lì)磁，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高；開關(guān)磁阻電機(jī)低速性能良好、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、過載能力強(qiáng)，可應(yīng)用各種高低速驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。目前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也有一定的應(yīng)用[4][5]。 10.高壓發(fā)電機(jī)。普通發(fā)電機(jī)通常只能在低壓條件下運(yùn)行，發(fā)電后必須通過升壓變壓器才能在電網(wǎng)上輸送電能，這表明通過變壓器輸電時(shí)存在較大的功率損耗; 高壓發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與普通發(fā)電機(jī)并無(wú)特別之處，但高壓發(fā)電機(jī)定子繞組采用高壓電纜繞制，使得發(fā)電機(jī)可以運(yùn)行于高壓條件下，電機(jī)銅耗明顯降低，提高了功率變換器輸出電壓的等級(jí)，風(fēng)電系統(tǒng)經(jīng)變壓器升壓就可向電網(wǎng)輸電[7]。因省去了變壓器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電磁損耗較低，可靠性高。 11.儲(chǔ)能式發(fā)電機(jī)。對(duì)于風(fēng)電功率波動(dòng)的問題，輸出功率較小的情況下，通過加設(shè)濾波電容，利用濾波電容削峰填谷的平滑作用可抑制功率大幅波動(dòng)；若輸出功率很大，波動(dòng)明顯，電容器容量必須很大，導(dǎo)致電容體積、成本大幅增加，這對(duì)電容器的性能、穩(wěn)定和可靠性要求很高，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)不容易。利用儲(chǔ)能式發(fā)電機(jī)，其輸出功率的波動(dòng)性將極大得到平緩控制，這就意味著風(fēng)電功率波動(dòng)導(dǎo)致大規(guī)模上網(wǎng)難這一技術(shù)難題能夠克服。這種電機(jī)容量很小，通常應(yīng)用于各種高低壓斷路器中，目前湘電對(duì)船舶用大功率儲(chǔ)能電機(jī)的研制正在進(jìn)行中，而在風(fēng)力發(fā)電中的研究多處于理論階段，尚無(wú)法投入使用。 幾種現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)中所用電機(jī)之間的比較： 項(xiàng)目 籠型電機(jī) 雙饋異步電機(jī) 無(wú)刷異步電機(jī) 雙速雙繞組異步電機(jī) 永磁同步電機(jī) 轉(zhuǎn)子類型 籠型 繞線式 繞線式 繞線式 永磁體式 變換器位置 定子側(cè) 轉(zhuǎn)子側(cè) 轉(zhuǎn)子側(cè) 定子側(cè) 定子側(cè) 變換器容量 為電機(jī)全部容量 為電機(jī)部分容量 為電機(jī)部分容量 為電機(jī)全部容量 為電機(jī)全部容量 有無(wú)齒輪箱 一般有 有 有 有 無(wú)（直驅(qū)式） 調(diào)速范圍 窄 較寬 較寬 較寬 寬 有無(wú)電刷滑環(huán) 有 有 無(wú) 有 無(wú) 能量流向 單向 雙向 雙向 雙向 雙向 成本 高 較低 較低 較低 低 效率 高 較低 較低 較低 低 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、易于維護(hù)、適宜惡劣的工作環(huán)境 機(jī)械承受應(yīng)力小，噪聲小，變換器容量小功率因素可調(diào)，控制靈活 轉(zhuǎn)速和功率因素可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，穩(wěn)定性好 穩(wěn)定性好，電氣損耗低適應(yīng)風(fēng)速變化范圍大 無(wú)勵(lì)磁裝置轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)損耗小，機(jī)械承受應(yīng)力及噪聲小，控制靈活，可靠性高，功率密度大，維護(hù)成本低 表二.電機(jī)之間的比較 現(xiàn)代的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大部分都還有增速裝置齒輪箱，降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體工作效率。由表二中，可以看出永磁式發(fā)電機(jī)的各方面都由于其它電機(jī)，因此永磁式電機(jī)是未來風(fēng)力發(fā)電機(jī)所使用電機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。 四．風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理和其構(gòu) （一）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理 現(xiàn)代變速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理就是通過葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械轉(zhuǎn)距，通過主軸傳動(dòng)鏈，經(jīng)過齒輪箱增速到異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后，通過勵(lì)磁變流器勵(lì)磁而將發(fā)電機(jī)的定子電能并入電網(wǎng)；如果超過了發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子也處于發(fā)電狀態(tài)，通過變流器向電網(wǎng)饋電。由于風(fēng)力不可控而且不穩(wěn)定，一般的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能以后先向蓄電瓶充電，轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后由逆變電源向外輸出穩(wěn)定的電壓。 （二）風(fēng)電機(jī)的構(gòu)造 圖三.風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是僅由一個(gè)發(fā)電機(jī)頭組成，而是一個(gè)小系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)+充電器+數(shù)字逆變器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成（如圖一）。葉片用來接受風(fēng)力并通過機(jī)頭轉(zhuǎn)換為電能；尾翼使葉片始終對(duì)著來風(fēng)的方向，從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能?，F(xiàn)代的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。 機(jī)艙：機(jī)艙包含著風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可通過風(fēng)力發(fā)電塔進(jìn)入機(jī)艙，機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片及軸。 轉(zhuǎn)子葉片：捕獲風(fēng)能，并送到轉(zhuǎn)子軸心?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測(cè)量長(zhǎng)度大約為二十米。 軸心：轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸上。 低速軸：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心和齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)有的600千瓦電機(jī)上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19—30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來激發(fā)空氣動(dòng)力閘的運(yùn)行。 齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍，也就是將很低的風(fēng)速變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)也使發(fā)電機(jī)易于控制，輸出穩(wěn)定的頻率和電壓。 高速軸及其機(jī)械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動(dòng)力閘失效或電機(jī)維修時(shí)。 發(fā)電機(jī):恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般使用同步電機(jī)或者鼠籠式異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，通過定槳距失速控制的風(fēng)輪機(jī)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在恒定的數(shù)值繼而保證發(fā)電機(jī)端輸出電壓的頻率和幅值的恒定，其運(yùn)行范圍比較窄；變速系統(tǒng)主要分為同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。其中同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng);異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要是繞線異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。永磁同步發(fā)電機(jī)是利用永久磁鐵取代轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、牢固。永磁同步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是通過控制一套整流逆變裝置，將發(fā)電機(jī)輸出的變頻變壓交流電轉(zhuǎn)換為滿足電網(wǎng)要求的恒頻恒壓交流電。 偏航裝置：借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對(duì)著風(fēng)，風(fēng)輪掃過的面積總是垂直于風(fēng)向。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器通過風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)風(fēng)向。通常，在風(fēng)改變風(fēng)向時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)一次只會(huì)偏轉(zhuǎn)幾度。 液壓系統(tǒng)：用于調(diào)節(jié)葉片槳距，同時(shí)用作阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)?，F(xiàn)在電變距逐漸取代液壓變距。 電子控制器：包含一臺(tái)不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，并控制偏航裝置。為防止齒輪箱或發(fā)電機(jī)過熱而引起的故障，該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風(fēng)力發(fā)電機(jī)操作員。 冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，冷卻發(fā)電機(jī)；油冷元件，用于冷卻齒輪箱中的油。 塔：風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常塔越高越有優(yōu)勢(shì)，離地面越高，風(fēng)力越大?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)輪機(jī)的塔高40—60米，分為管狀和格子狀。 風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向。 五．風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù) （一）功率調(diào)節(jié)是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)之一。 傳統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)方式主要有定槳距失速調(diào)節(jié)、變槳距節(jié)、主動(dòng)失速調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)等。控制系統(tǒng)通過若干傳感器及時(shí)收集風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)力等信息,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理、調(diào)整,使風(fēng)機(jī)能夠適應(yīng)風(fēng)力的變化,在較佳狀態(tài)下運(yùn)行。定槳距調(diào)節(jié)于20世紀(jì)80年代中期進(jìn)入風(fēng)電市場(chǎng),采用軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù),解決了風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)問題和運(yùn)行的安全性和可靠性問題,但發(fā)電效率較差。變槳距風(fēng)機(jī)于20世紀(jì)90年代進(jìn)入風(fēng)電市場(chǎng),機(jī)組起動(dòng)時(shí)可對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,并網(wǎng)后可對(duì)功率進(jìn)行控制,使風(fēng)機(jī)的起動(dòng)性能和功率輸出特性都有了顯著改善。主動(dòng)失速控制是定槳距失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)方式的組合。低風(fēng)速時(shí)采用變槳距調(diào)節(jié),可達(dá)到更好的氣動(dòng)效率;達(dá)到額定功率后,槳距角減小,攻角增大,葉片失速效應(yīng)加大,從而降低了風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度,限制風(fēng)能捕獲。變速風(fēng)機(jī)于20世紀(jì)90年代中期進(jìn)入風(fēng)電市場(chǎng),其特點(diǎn)是:低于額定風(fēng)速時(shí),能跟蹤最佳功率曲線,使風(fēng)機(jī)具有最佳的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率;高于額定風(fēng)速時(shí),增加了傳動(dòng)系統(tǒng)柔性,使功率輸出更穩(wěn)定。 21世紀(jì)初,效率更高的變槳變速雙饋風(fēng)電機(jī)組逐漸成為主力機(jī)型。對(duì)于2000kW以上的大容量機(jī)組,隨著單機(jī)容量增加,槳葉增大增長(zhǎng),在同一地區(qū),風(fēng)資源在不同高度的分布差別大,因此,當(dāng)漿葉處于高處和低處時(shí),風(fēng)力、槳葉的大小和分布都有很大的差別。智能變槳是隨著風(fēng)機(jī)單擊容量增大而出現(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)之一,是控制系統(tǒng)對(duì)3個(gè)槳葉分別單獨(dú)控制來轉(zhuǎn)換角度和方向,以更好地調(diào)整電能輸出,更有效地利用風(fēng)能,但同時(shí)也對(duì)槳葉控制、系統(tǒng)可靠性提出了更高要求。 （二）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)。 現(xiàn)代的大型并網(wǎng)發(fā)電機(jī)都逐漸采用雙饋繞線型異步發(fā)電機(jī)。雙饋異步型發(fā)電機(jī)具有兩種同步轉(zhuǎn)速，在并網(wǎng)切換時(shí)需要吸收電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償。變速風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的為頻率不斷變化的交流電，需要采用大功率高反壓的晶閘管整流-逆變裝置轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)頻率后才能送入電網(wǎng)；單臺(tái)機(jī)組自身有較全的保護(hù)系統(tǒng)，風(fēng)力機(jī)主電路出口處裝有速斷過流保護(hù)，還設(shè)有三相電流不平衡、缺相、過壓欠壓、高周低周和功率限制等保護(hù)；針對(duì)異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)沖擊電流比較大，現(xiàn)代的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都配齊了性能優(yōu)越的軟并網(wǎng)控制電路，并網(wǎng)過程很平穩(wěn)，最高峰值電流被限制在額定電流之內(nèi)，整個(gè)過程十幾個(gè)周波到幾十個(gè)周波[10]。 六．風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展前景和問題 （一）發(fā)展前景 近幾年風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)得到迅速發(fā)展，2010年我國(guó)總的發(fā)電裝機(jī)容量和新增發(fā)電裝機(jī)容量在全球排在第一位。隨著化石能源的不斷減少，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲越開越高，對(duì)新能源開發(fā)的腳步愈來愈快，風(fēng)能發(fā)電無(wú)疑成為了人們探索和發(fā)展的方向和目標(biāo)。我覺得以后的發(fā)展主要向這幾個(gè)方面進(jìn)行： 1.海上風(fēng)力發(fā)電。海上風(fēng)電由于資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定、開發(fā)影響相關(guān)方面較少和可以大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢(shì),受到廣泛關(guān)注。一項(xiàng)調(diào)查表明，同等裝機(jī)容量,海風(fēng)電場(chǎng)比陸上風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量可增加20%—50%[8]。 2.材料。研發(fā)新的具有良好性能的新材料。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于惡劣的環(huán)境，并且風(fēng)葉常年受強(qiáng)風(fēng)的影響，受損壞程度大，因此，對(duì)高性能材料的研究加大也是未來發(fā)展的一個(gè)方面。 3.并網(wǎng)技術(shù)。在注重大容量機(jī)組并網(wǎng)的同時(shí)，也不能忽略小容量機(jī)組的發(fā)展。小容量機(jī)組的并網(wǎng)比較難，但可以將它和其他的一些發(fā)電方式結(jié)合起來。近年有風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)在不斷發(fā)展，也可以考慮與潮汐能、地?zé)崮?、火電、水電等結(jié)合供電[9]，解決小容量機(jī)組并網(wǎng)難的問題。 4.智能化。風(fēng)電系統(tǒng)的智能化對(duì)風(fēng)電機(jī)組的控制與檢測(cè)技術(shù)、建模與仿真研究、風(fēng)功率預(yù)測(cè)和管理技術(shù)、故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)、風(fēng)電資源的優(yōu)化配置與調(diào)度等諸多技術(shù)指標(biāo)均提出了新的高要求，是未來風(fēng)電技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。 （二）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也存在一部分問題 1.風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)還不是成熟，仍有一些技術(shù)問題尚未解決，設(shè)備資金和一些成本較高； 2.相關(guān)的政策和法律保護(hù)還不是很完善； 3.缺少相關(guān)的對(duì)各地風(fēng)力資源的勘探和調(diào)查。 七．相關(guān)文獻(xiàn) [1]李俊峰，施鵬飛，高虎. 2010中國(guó)風(fēng)電發(fā)展報(bào)告. ?？?海南出版社，2010，3-24. [2]李軍軍，吳政球，陳波. 風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述. 北京:中國(guó)電力出版社，2011，8. [3]吳聶根，程小華. 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述. 微電機(jī)，2009，69-73. [4]沙非，馬成廉，劉闖. 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制技術(shù)研究. 電網(wǎng)與清潔能源，2009，2. [5]李珊珊，何鳳有，昌現(xiàn)釗. 變速恒頻交流電機(jī)風(fēng)力發(fā)電技術(shù).電機(jī)與控制應(yīng)用，2008，3. [6]董萍，吳捷，陳淵睿. 新型發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用. 微特電機(jī)，2004，13-17. [7]魏偉. 風(fēng)力發(fā)電及相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì). 電氣技術(shù)，2008，5-11. [8]包耳，胡紅英. 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r與展望. 大連:大連民族學(xué)院出版社，2011，1. [9]仲昭陽(yáng)，王述洋，徐凱宏. 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及對(duì)策. 林業(yè)勞動(dòng)安全，2008，34-37. [10]蘭立君，王培紅，陸璐等.風(fēng)力發(fā)電及其關(guān)鍵技術(shù)研究.能源技術(shù)，2005，148-150. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 專業(yè)導(dǎo)論調(diào)研報(bào)告 題目：風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告 姓名：王云鵬 學(xué)號(hào)：1110610124 學(xué)院：電氣學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：寇寶泉 2012年03月01日