归纳风电机组主要类型及其控制系统特点

风能是丰富、清洁、可再生的能源，实现风能-机械能-电能的可靠性、高效率、经济转换和传输是重要的研究课题。风能和太阳能一样，是可再生资源，清洁、丰富、一次性。在社会经济发展的过程中，它变成了越来越受到重视的能源。风能储量非常大，全球风力资源总量约为2.74×109兆瓦。这些总能量大部分都可以被我们利用，比可以开发利用的水资源多十倍。目前世界上有三个风力发电市场，分别是美国、德国和西班牙，中国一直有很多风力储备。由于中国幅员广阔，这些能源分布广泛，加上中国近年来的风力发电产业技术。在当今中国，风力发电行业将具有非常广阔和充满活力的发展前景，并将处于快速发展的状态。目前，风力发电设备容量的国产化和规模化不断实现，可以降低风力发电成本。因此，风电行业将成为一些人实现财富梦想的投资目标。

风力发电机是将风能转换为电能的装置，主要由风轮、机舱、塔架和整体基础座构成。风轮部分包括叶片和轮毂，其工作原理是叶片本身成为空气动力学的外在形式，受气流冲击时可以形成一定的力，使风轮在这种力的作用下开始旋转，最后轮毂将扭矩传递到主传动系统内部。机舱包括底盘、整流盖和机舱盖，除主控制面板外，其他重要部件安装在底盘上。通过塔架可将机舱提升到预定位置，塔架上还有其他重要部件，包括连接电机和主控制器的线路、人员上下所需的梯子等。基础基座主要由钢筋混凝土堆积而成，可将整个风力发电机牢牢地安装在地面上，还可连接防雷接地装置。

依据不一样的机组特性和应用目地，风力发电机组的主要类型及其控制系统特性归纳为：依据容量，我们能够将发电机组归类为三类型：容量小于10kW的小型发电机组；容量小于9kW的99kW的中型发电机组；容量小于99KW的大型发电机组。根据主轴与水平地面的关系，可分为水平轴和垂直轴两种单元。在这两个发电机中，前者是成功的发电机，其优点是将风轮放在高处，避免表面状态对风轮运行的影响。水平轴发电机的主要部件，如发电机、方向调节装置和主轴，均在发电机舱内。

我们可以将风力涡轮分为单叶风力涡轮、双叶风力涡轮、三叶风力涡轮和多叶风力涡轮。根据风轮的位置，可分为逆风风机和顺风风风机。根据单元传动链的类型，可分为直驱风力发电机、双馈变速恒频风力发电机和混合风力发电机。直驱式永磁同步发电机与风力发电机直接连接，转速低，极多，固定转子尺寸大，结构扁平，旋转惯量大，有利于稳定风力不稳定带来的电位波动。直行式风力发电机属于无齿轮箱变桨变速类，风力发电机轴不通过其他部件与低速发电机连接，因此直行式风力发电机应采用全功率变流器。至于双馈变速恒频风力发电机，其内部安装的风力发电机叶片的桨距角不固定，可根据实际需要适当调整。此外，该型风力发电机内部选择双馈发电机，可调节速度，同时传输的电能为恒频恒压。混合风力发电机采用单级齿轮箱和中速发电机，是直行风力发电机和传统风力发电机的混合体。风力发电机有很多种类，但占主导地位的是三叶、水平轴、逆风、变桨、变速、恒频风力发电机。

发电机能进一步将叶轮旋转产生的机械动能转化为电能。发电机配备的电机属于多极永磁同步范畴，具有结构简单、运行可靠、效率高、体积小的优点。永磁同步发电机额定功率1580kW，额定转速20.5rpm，转速范围9rpm~17.3rpm，极数88，额定电压690V。

自动偏航系统可根据风向标提供的信号自动确定风力发电机的方向。当风向偏时，控制系统根据风向目标的检测信号控制偏航驱动装置，使机舱逆风偏航。偏航系统在运行中有阻尼控制，使装置的偏航旋转根据优化的偏航速度更加稳定。有控制柜、电梯、偏航系统、热交换系统等。机舱内，外有测风系统。机舱底座可将叶轮和发电机的静、动载荷传递给塔架。

风速计和风向标传感器设置在机舱后部，风向标信号反映了鼓风机和主风向的偏差。当风向续变化时，控制器根据风向标传递的信号，控制三个偏航驱动器的旋转机舱与主风向对齐。

制动系统配有三个独立的叶片倾斜系统。即使其中一个桨分系统的划分失败，另外两个划分也可以独立完成划分空气的制动，确保单元能够正常停止运转。液压制动器安装在马达内部，其主要功能是将单元保持在设定的停止位置。电气控制系统有正常运行控制、运行状态监控和安全保护三个功能。

随着电力电子技术的发展，电力转换装置在风力发电中得到了广泛的应用，发挥了重要的作用。为了提高风能的利用效率，需要实现变速运行，即实现变速恒频风电系统。风力发电机采用永磁同步发电机，将交流电转换成直流电，然后通过适当控制的变频器转换成恒频恒压交流电，然后通过升压变压器接入电网，使变频器的调制信号逐渐变化，使变频器在网后输出电压相位领先，从而逐渐增大风力发电机对电网的输送功率。

由于电力电子转换器可以实现电压和频率的转换，无论发电机产生的功率是什么样的电压和频率，都可以通过转换器进行转换，然后并网，实现变速运行，风能利用效率高。另外，机电系统通过变频器解耦，不存在同步电机角的稳定性。变流器还具备一定的无功功率控制能力，改进了风力发电的电压问题，变速恒频风力发电系统的一个重要优点就是说能够力发电机在多风地区运行在最佳状态。

直驱式永磁发电机在变速恒频并网运行时无电流冲击，使发电系统正常运行。原因是通过变频装置控制电流输出。由于同步发电机组在运行过程中没有与电网连接，风轮和发电机在运行过程中可以有不同的速度，同时也可以避免并联网运行中的任何错误。在风力发电运行系统中，通过阻抗匹配和功率追踪可以调节输出功率的承载能力，保证风力发电机组能够在最佳状态下继续运行，尽量向电网输送最大功率。

如今，科技的发展导致风电水平的快速提高，风电设施和设备的逐步完善。从目前情况来看，风力发电的主要发展方向体现在传动技术从结构设计向紧凑、灵活、轻量化发展的地理区域逐渐从陆地转移到海洋。由于广阔的领海面积、可观的海岸线延伸和丰富的可应用于风力发电领域的资源，海上风力发电场将是未来中国风力发电的重要发展项目。大规模、高集中度、远距离、大规模发展也使风力发电成本持续下降，逐渐接近正常能源。储能系统在风力发电和网络中的应用优化了风力发电的经济性。风力发电基地多终端直流系统风力发电场的互联可以实现独立的有效和无效功率控制，具有较好的控制性。多终端直流系统的互联可以提高风电场电能传输的可靠性和灵活性。