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0引言 3離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)
能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為全球可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問題，日益引起國際社會的廣泛關(guān)注，并尋求積極的對策。風(fēng)能是一種可再生、無污染的綠色能源，是取之不盡、用之不竭的，而且儲量十分豐富。據(jù)估計，全球可利用的風(fēng)能總量在53000TWh/年。風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)利用，將會有效減少化石能源的使用、減少溫室氣體排放、保護環(huán)境。大力發(fā)展風(fēng)能已經(jīng)成為各國政府的重要選擇。
在風(fēng)力發(fā)電中，當風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，要求風(fēng)電頻率和電網(wǎng)頻率保持一致，即風(fēng)電頻率保持恒定，因此，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)（CSCF系統(tǒng)）和變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)（VSCF系統(tǒng)）。恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)是指在風(fēng)力發(fā)電過程中保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變從而得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。恒速恒頻系統(tǒng)（CSCF系統(tǒng)）一般來說比較簡單，所采用的發(fā)電機主要是同步發(fā)電機和鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機，前者運行于電機極數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速，后者則以稍高于同步轉(zhuǎn)速的速度運行。變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)（VSCF），是指在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，并以隨風(fēng)速變化而通過其它的控制方式來得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。
1恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)
目前，單機容量為600kW～750kW的風(fēng)電機組多采用恒速運行方式，這種機組控制簡單，可靠性好，大多采用制造簡單，并網(wǎng)容易，勵磁功率可直接從電網(wǎng)中獲得的籠型異步發(fā)電機。恒速風(fēng)電機組主要有兩種類型：定槳距失速型和變槳距風(fēng)力機。定槳距失速型風(fēng)力機利用風(fēng)輪葉片翼型的氣動失速特性來限制葉片吸收過大的風(fēng)能，功率調(diào)節(jié)由風(fēng)輪葉片來完成，對發(fā)電機的控制要求比較簡單。這種風(fēng)力機的葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型工藝難度較大。而變槳距風(fēng)力機則是通過風(fēng)輪葉片的變槳距調(diào)節(jié)機構(gòu)控制風(fēng)力機的輸出功率。由于采用的是籠型異步發(fā)電機，無論是定槳距還是變槳距風(fēng)力發(fā)電機，并網(wǎng)后發(fā)電機磁場旋轉(zhuǎn)速度由電網(wǎng)頻率所固定，異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化范圍很小，轉(zhuǎn)差率一般為3%~5%，屬于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機。
1.1定槳距失速控制
定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的主要特點是槳葉與輪毅固定連接，當風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度固定不變。利用槳葉翼型本身的失速特性，在高于額定風(fēng)速下，氣流的功角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生紊流，效率降低，達到限制功率的目的。采用這種方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)簡單可靠，但為了產(chǎn)生失速效應(yīng)，導(dǎo)致葉片重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機組的整體效率較低，當風(fēng)速達到一定值時必須停機。
1.2變距調(diào)節(jié)方式
在目前應(yīng)用較多的恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，一般情況要維持風(fēng)力機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，這在風(fēng)速處于正常范圍之中時可以通過電氣控制而保證，而在風(fēng)速過大時，輸出功率繼續(xù)增大可能導(dǎo)致電氣系統(tǒng)和機械系統(tǒng)不能承受，因此需要限制輸出功率并保持輸出功率恒定。這時就要通過調(diào)節(jié)葉片的槳距，改變氣流對葉片攻角，從而改變風(fēng)力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉(zhuǎn)矩。由于變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)機在低風(fēng)速時，可使槳葉保持良好的攻角，比失速調(diào)節(jié)型風(fēng)機有更好的能量輸出，因此，比較適合于平均風(fēng)速較低的地區(qū)安裝。變槳距調(diào)節(jié)的另外一個優(yōu)點是在風(fēng)速超速時可以逐步變化到無負載的全翼展模式位置，避免停機，增加風(fēng)機發(fā)電量。對變槳距調(diào)節(jié)的一個要求是其對陣風(fēng)的反應(yīng)靈敏性。
1.3主動失速調(diào)節(jié)
主動失速調(diào)節(jié)方式是前兩種功率調(diào)節(jié)方式的組合，吸取了被動失速和變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點。系統(tǒng)中槳葉設(shè)計采用失速特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用變槳距調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化機組功率的輸出。系統(tǒng)遭受強風(fēng)達到額定功率后，槳葉節(jié)距主動向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值以下，限制機組最大功率輸出。
隨著風(fēng)速的不斷變化，槳葉僅需微調(diào)即可維持失速狀態(tài)。另外，調(diào)節(jié)槳葉還可實現(xiàn)氣動剎車。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是既有失速特性，又可變槳距調(diào)節(jié)，提高了機組的運行效率，減弱了機械剎車對傳動系統(tǒng)的沖擊。系統(tǒng)控制容易，輸出功率平穩(wěn)，執(zhí)行機構(gòu)的功率相對較小。
1.4主要缺點
恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機的主要缺點有以下幾點：一是風(fēng)力機轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速而變，從而降低了對風(fēng)能的利用率；二是當風(fēng)速突變時，巨大的風(fēng)能變化將通過風(fēng)力機傳遞給主軸、齒輪箱和發(fā)電機等部件，在這些部件上產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力;三是并網(wǎng)時可能產(chǎn)生較大的電流沖擊。
目前的恒速機組，大部分使用異步發(fā)電機，在發(fā)出有功功率的同時，還需要消耗無功功率（通常是安裝電容器，以補償大部分消耗的無功功率）。而現(xiàn)代變速風(fēng)電機組卻能十分精確地控制功率因數(shù)，甚至向電網(wǎng)輸送無功功率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于以上原因，變速風(fēng)電機組越來越受到風(fēng)電界的重視，特別是在進一步發(fā)展的大型機組中將更為引人注目。
當然，決定變速機組設(shè)計是否成功的一個關(guān)鍵是變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)及其控制裝置的設(shè)計。
2變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)
利用變速恒頻發(fā)電方式，風(fēng)力機就可以改恒繹技術(shù)交流速運行為變速運行，這樣就可能使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化，使其保持在一個恒定的最佳葉尖速比，使風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)在額定風(fēng)速以下的整個運行范圍內(nèi)都處于最大值，從而可比恒速運行獲取更多的能量。尤其是這種變速機組可適應(yīng)不同的風(fēng)速區(qū)，大大拓寬了風(fēng)力發(fā)電的地域范圍。即使風(fēng)速躍升時，所產(chǎn)生的風(fēng)能也部分被風(fēng)輪吸收，以動能的形式儲存于高速運轉(zhuǎn)的風(fēng)輪中，從而避免了主軸及傳動機構(gòu)承受過大的扭矩及應(yīng)力，在電力電子裝置的調(diào)控下，將高速風(fēng)輪所釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽腿腚娋W(wǎng)，從而使能量傳輸機構(gòu)所受應(yīng)力比較平穩(wěn)，風(fēng)力機組運行更加平穩(wěn)和安全。
風(fēng)力發(fā)電機變速恒頻控制方案一般有4種：
（1）鼠籠式異步發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；
�。�2）交流勵磁雙饋發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；
�。�3）無刷雙饋發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；
（4）永磁發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
2.1鼠籠式異步發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
采用的發(fā)電機為鼠籠式轉(zhuǎn)子，其變速恒頻控制策略是在定子電路實現(xiàn)的。由于風(fēng)速是不斷變化的，導(dǎo)致風(fēng)力機以及發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也是變化的，所以，實際上鼠籠式風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的電是頻率變化的，即為變頻的，通過定子繞組與電網(wǎng)之間的變頻器把變頻的電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能。盡管實現(xiàn)了變速恒頻控制，具有變速恒頻的一系列優(yōu)點，但由于變頻器在定子側(cè)，變頻器的容量需要與發(fā)電機的容量相同，使得整個系統(tǒng)的成本、體積和重量顯著增加，尤其對于大容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
2.2雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常采用的發(fā)電機為轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機類似。由于這種變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分，所需的雙向變頻器的容量僅為發(fā)電機容量的一小部分，這樣該變頻器的成本以及控制難度大大降低。
這種采用交流勵磁雙饋發(fā)電機的控制方案除了可實現(xiàn)變速恒頻控制，減少變頻器的容量外，還可實現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制，對電網(wǎng)而言可起到無功補償?shù)淖饔�。缺點是交流勵磁發(fā)電機仍然有滑環(huán)和電刷。
目前已經(jīng)商用的有齒輪箱的變速恒頻系統(tǒng)，大部分采用繞線式異步電機作為發(fā)電機，由于繞線式異步發(fā)電機有滑環(huán)和電刷，這種摩擦接觸式結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電惡劣的運行環(huán)境中較易出現(xiàn)故障。而無刷雙饋電機定子有兩套級數(shù)不同繞組，轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，無須滑環(huán)和電機，可靠性高。這此優(yōu)點都使得無刷雙饋電機成為當前研究的熱點。但在目前，這種電機在設(shè)計和制造上仍然存在著一些難題。
2.3直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
近幾年來，直接驅(qū)動技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域得到了重視。這種風(fēng)力發(fā)電機組采用多極發(fā)電機與葉輪直接連接進行驅(qū)動的方式，從而免去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件，由于其具有很多技術(shù)方而的優(yōu)點，特別是采用永磁發(fā)電機技術(shù)，其可靠性和效率更高，處于當今國際上領(lǐng)先地位，在今后風(fēng)電機組發(fā)展中將有很大的發(fā)展空間。德國在2003年上半年所安裝的風(fēng)力機中，就有40.9%采用了無齒輪箱系統(tǒng)。直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機多采用永磁同步發(fā)電機，其轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無需外部提供勵磁電源，提高了效率。其變速恒頻控制也是在定子電路實現(xiàn)的，把永磁發(fā)電機發(fā)出變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻的交流電，因此，變頻器的容量與系統(tǒng)的額定容量相同。
采用永磁發(fā)電機可做到風(fēng)力機與發(fā)電機的直接耦合，省去了齒輪箱，即為直接驅(qū)動式結(jié)構(gòu)，這樣可大大減少系統(tǒng)運行噪聲，提高可靠性。盡管由于直接耦合，永磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速很低，使發(fā)電機體積很大，成本較高，但由于省去了價格更高的齒輪箱，所以，整個系統(tǒng)的成本還是降低了。另外，電勵磁式徑向磁場發(fā)電機也可視為一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機的選擇方案，在大功率發(fā)電機組中，它的直徑大而軸向長度小。為了能放置勵磁繞組和極靴，極距必須足夠大，它的輸出交流電頻率通常低于50Hz，必須配備整流逆變器。
直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機的效率高、極距小，況且永磁材料的性價比正得到不斷提升，應(yīng)用前景十分廣闊。
2.4混合式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不僅需要低速、大轉(zhuǎn)矩電機而且需要全功率變流器，為了降低電機設(shè)計難度，帶有低變速比齒輪箱的混合型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到實際應(yīng)用。這種系統(tǒng)可以看成全直驅(qū)傳動系統(tǒng)和傳統(tǒng)解決方案的一個折中。發(fā)電機是多極的，和直驅(qū)設(shè)計本質(zhì)上一樣的，但它更緊湊，相對來說具有更高的速度和更小的轉(zhuǎn)矩。
2.5其它
開關(guān)磁阻發(fā)電機和無刷爪極自勵發(fā)電機也可以用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。其中，開關(guān)磁阻發(fā)電機為雙凸極電機，定子、轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)有集中繞組，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，故機械結(jié)構(gòu)簡單、堅固，可靠性高。無刷爪極自勵發(fā)電機與一般同步電機的區(qū)別僅在于它的勵磁系統(tǒng)部分。其定子鐵心及電樞繞組與一般同步電機基本相同。由于爪極發(fā)電機的磁路系統(tǒng)是一種并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)，所有各對極的磁勢均來自一套共同的勵磁繞組，因此與一般同步發(fā)電機相比，勵磁繞組所用的材料較省，所需的勵磁功率也較小。幾種變速恒頻控制方案的比較分析如表1所列。 
通常，離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組容量較小，均屬小型發(fā)電機組。可按照發(fā)電容量的大小進行分類，其大小從幾百W至幾十kW不等。自上世紀80年代初開始，中國的小型風(fēng)力機制造產(chǎn)業(yè)，在政府的支持下，尤其是內(nèi)蒙古自治區(qū)政府的大力扶植，得到了引人矚目的發(fā)展，十幾萬臺小型風(fēng)力發(fā)電機的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，為遠離電網(wǎng)的農(nóng)牧民解決基本的生活用電，尤其是照明和收聽電臺廣播，作出了不開磨滅的貢獻。據(jù)統(tǒng)計，在上世紀80年代初期，國內(nèi)有近百家小型風(fēng)力發(fā)電機制造企業(yè)。隨著改革開放的不斷深化以及社會經(jīng)濟的發(fā)展，這些小型風(fēng)力發(fā)電機制造企業(yè)經(jīng)過內(nèi)部的調(diào)整和外部的整合，根據(jù)中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會小型電源專委會的統(tǒng)計，到目前為止，全國有23家小型風(fēng)力發(fā)電機生產(chǎn)企業(yè)，2005年共生產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機32433臺，裝機容量為12020kW，產(chǎn)值8472萬元，利稅為993萬元。國內(nèi)生產(chǎn)的小型風(fēng)力發(fā)電機，單機容量從60W到30kW不等。
小型風(fēng)力發(fā)電機按照發(fā)電類型的不同進行分類，可分為直流發(fā)電機型、交流發(fā)電機型。較早時期的小容量風(fēng)力發(fā)電機組一般采用小型直流發(fā)電機，在結(jié)構(gòu)上有永磁式及電勵磁式兩種類型。永磁式直流發(fā)電機利用永磁鐵提供發(fā)電及所需的勵磁磁通；電勵磁式直流發(fā)電機則是借助在勵磁線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生磁通來提供發(fā)電及所需要的勵磁磁通。由于勵磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，又可分為他勵與并勵（或自勵）兩種形式。
隨著小型風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)展，發(fā)電機類型逐漸由直流發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣靼l(fā)電機。主要包括永磁發(fā)電機、硅整流自勵交流發(fā)電機及電容自勵異步發(fā)電機。其中，永磁發(fā)電機在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子無勵磁繞組，不存在勵磁繞組損耗，效率高于同容量的勵磁式發(fā)電機；轉(zhuǎn)子沒有滑環(huán)，運轉(zhuǎn)時更安全可靠；電機重量輕，體積小，工藝簡便，因此在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機中被廣泛應(yīng)用，但其缺點是電壓調(diào)節(jié)性能差。硅整流自勵交流發(fā)電機是通過與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連，從而獲得直流勵磁電流。
但是由于風(fēng)力的隨機波動會導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化，從而引起發(fā)電機出口電壓的波動，這將導(dǎo)致硅整流器輸出直流電壓及發(fā)電機勵磁電流的變化，并造成勵磁磁場的變化，這樣又會造成發(fā)電機出口電壓的波動。因此，為抑制這種連鎖的電壓波動，穩(wěn)定輸出，保護用電設(shè)備及蓄電池，該類型的發(fā)電機需要配備相應(yīng)的勵磁調(diào)節(jié)器。電容自勵異步發(fā)電機是根據(jù)異步發(fā)電機在并網(wǎng)運行時，電網(wǎng)供給的勵磁電流對異步感應(yīng)電機的感應(yīng)電動勢而言是容性電流的特性而設(shè)計的。即在風(fēng)力驅(qū)動的異步發(fā)電機獨立運行時，未得到此容性電流，須在發(fā)電機輸出端并接電容，從而產(chǎn)生磁場建立電壓。為維持發(fā)電機端電壓，必須根據(jù)負載及風(fēng)速的變化調(diào)整并接電容的數(shù)值。我國的小型風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)業(yè)總體是在向好的方向展，小型風(fēng)力發(fā)電機及其于太陽能的互補系統(tǒng)在解決邊遠地區(qū)無電問題上作出了不可磨滅的貢獻。它的功率比同類太陽能系統(tǒng)來得大，能為更多的負載提供電力，甚至小型生產(chǎn)性負載，它的價位更易為廣大農(nóng)牧民所接受，如果政府采用小風(fēng)電或風(fēng)光互補系統(tǒng)來解決農(nóng)村無電問題，則政府得投入將比相同功率的太陽能系統(tǒng)少得多。但是，小型風(fēng)力發(fā)電機及其行業(yè)在發(fā)展中也同樣面臨著困難和挑戰(zhàn)。這些困難和挑戰(zhàn)，既來自產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部，也來自產(chǎn)業(yè)的外部環(huán)境。
4發(fā)展趨勢
隨著各國政策的傾斜和科技的不斷進步，世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，表現(xiàn)出了廣闊的前景。未來數(shù)年世界風(fēng)力發(fā)展的趨勢可表現(xiàn)為：
4.1風(fēng)力發(fā)電從陸地向海面拓展
海面的廣闊空間和巨大的風(fēng)能潛力使得風(fēng)機從陸地移向海面成為一種趨勢。目前只有少數(shù)國家建立了海上風(fēng)電場，但預(yù)計今后幾年，歐洲的海上風(fēng)力發(fā)電將會大規(guī)模的起飛。
4.2新方案和新技術(shù)將不斷被采用
在功率調(diào)節(jié)方式上，變速恒頻技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)將得到更多的應(yīng)用；在發(fā)電機類型上，控制靈活的無刷雙饋型感應(yīng)發(fā)電機和設(shè)計簡單的永磁發(fā)電機將成為風(fēng)力發(fā)電的新寵；在勵磁電源上，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型變換器不斷出現(xiàn)，變換器性能得到不斷地改善；在控制技術(shù)上，計算機分布式控制技術(shù)和新的控制理論將進一步得到應(yīng)用；在驅(qū)動方式上，免齒輪箱的直接驅(qū)動技術(shù)將更加吸引人們的注意。在技術(shù)上，經(jīng)過不斷發(fā)展，世界風(fēng)力發(fā)電機組的逐漸形成了水平軸、三葉片、上風(fēng)向、管式塔的統(tǒng)一形式。進入21世紀后，隨著電力電子技術(shù)、微機控制技術(shù)和材料技術(shù)的不斷發(fā)展，世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了飛速發(fā)展，主要體現(xiàn)在：
�。�1）單機容量不斷上升國單機容量為SMW的風(fēng)機己經(jīng)進入商業(yè)化運行階段；
�。�2）變槳距功率調(diào)節(jié)方式迅速取代定槳距功率調(diào)節(jié)方式國采用變槳距調(diào)節(jié)方式避免了定槳距調(diào)節(jié)方式中超過額定風(fēng)速發(fā)電功率將下降的缺點；
�。�3）變速恒頻方式迅速取代恒速恒頻方式國變速恒頻方式可通過調(diào)節(jié)機組轉(zhuǎn)速追蹤最大風(fēng)能，提高了風(fēng)力機的運行效率；
�。�4）無齒輪箱系統(tǒng)的直驅(qū)方式增多國去掉齒輪箱雖然提高了發(fā)電機的設(shè)計和制造成本，但有效地提高了發(fā)電系統(tǒng)的效率和可靠性。
4.3風(fēng)力發(fā)電機組將更加個性化
適合特定市場和風(fēng)況的風(fēng)力機將被更多地推出，目前，德國的Repower公司己經(jīng)推出了這方面的產(chǎn)品。
4.4從事風(fēng)力發(fā)電的隊伍將近一步增大
隨著對風(fēng)力發(fā)電誘人前景的深入認識和更多優(yōu)惠政策的出臺，更多的新成員將加入風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)。
5結(jié)語
變槳距風(fēng)力機的起動風(fēng)速較定槳距風(fēng)力機低，停機時傳動機械的沖擊應(yīng)力相對緩和。風(fēng)機正常工作時主要采用功率控制，對功率調(diào)節(jié)的速度取決于風(fēng)機槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度。在實際應(yīng)用中，隨著并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組容量的增大，大型風(fēng)力機的單個葉片己重達數(shù)噸，操縱如此巨大的慣性體，并且響應(yīng)速度要能跟得上風(fēng)速變化是相當困難的。事實上，如果沒有其他措施的話，只是通過變槳距來調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機組的功率對高頻風(fēng)速的變化仍然是無能為力的。因此，變槳距風(fēng)力發(fā)電機組，除了對槳葉進行節(jié)距進行控制外，還須通過控制發(fā)電機輸出功率來調(diào)節(jié)整個風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速，使之在一定范圍內(nèi)能夠快速響應(yīng)風(fēng)速的變化，使風(fēng)力機的葉尖速比達到最佳，以捕獲最大的風(fēng)能。這就是近年來所發(fā)展的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。
比較來看，定槳距失速控制風(fēng)_t嚙[Z險C納力機機構(gòu)簡單，造價低，并具有較高的安全系數(shù)，利于市場競爭。但失速型葉片本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型工藝難度也較大。隨著功率增大，葉片加長，所承受的氣動推力增大，葉片的失速動態(tài)特性不易控制，使制造更大機組受到限制。變槳距型風(fēng)力機能使葉片的節(jié)距角隨風(fēng)速而變化，從而使風(fēng)力機在各種工況下（起動、正常運轉(zhuǎn)、停機）按最佳參數(shù)運行�？墒拱l(fā)電機在額定風(fēng)速以下的工作區(qū)段有較大的功率輸出，而在額定風(fēng)速以上的高風(fēng)速區(qū)段不超載，無需過大容量的發(fā)電機等。當然，它的缺點是需要有一套比較復(fù)雜的變距調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)�，F(xiàn)在這兩種功率調(diào)節(jié)方案都在大、中型風(fēng)力發(fā)電機組中得到了廣泛應(yīng)用。
目前中國風(fēng)電發(fā)展面臨兩個突出的問題，一是風(fēng)電發(fā)展規(guī)模迅速擴大，形成巨大的市場空間；二是國產(chǎn)機組缺乏競爭力，進口機組以壓倒的優(yōu)勢占領(lǐng)了中國風(fēng)電裝機的主要份額。因此，大型風(fēng)電機組的國產(chǎn)化是推動我國風(fēng)電持續(xù)發(fā)展的根本途徑。
作者簡介
李建林（1976～），男，中國科學(xué)院電工研究所博士后，研究方向為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。
責(zé)任編輯：小柯
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