風力發(fā)電機是通過風能轉(zhuǎn)換成電能的機器。這是學習啦小編為大家整理的風力發(fā)電機科技論文，僅供參考!

　　風力發(fā)電機科技論文篇一

　　淺談風力發(fā)電機組控制技術

　　摘 要：利用風能來發(fā)電是新能源應用的一種主要形式。就風力發(fā)電過程中涉及的控制技術進行闡述，分析該技術存在的三個主要問題及發(fā)展趨勢，提出解決相關問題的關鍵技術。

　　關鍵詞：風力發(fā)電 機械控制 電路控制

　　中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973(2013)012-171-02

　　風能資源的開發(fā)利用這項技術，從最早的單機組運行到現(xiàn)在的全國連網(wǎng)并列運行，相應的發(fā)電機組的容量也從開始的數(shù)十千瓦級發(fā)展到海上風電場的兆瓦級;對機組的機械控制方式從定槳距失速控制到變槳距運行，電力電子控制從恒速恒頻發(fā)展到現(xiàn)在雙饋異步等形式的變速恒頻。風力發(fā)電技術在能源開發(fā)利用方面要想有更好的發(fā)展前景，和火力水利等傳統(tǒng)發(fā)電技術相抗衡，關鍵還是要解決控制問題。而控制問題區(qū)別于其它形式發(fā)電技術的關鍵還是風力發(fā)電輸入風能不穩(wěn)定，而要求輸出電能頻率要求穩(wěn)定的問題。解決問題主要可以從以下三個方面考慮：

　　(1)風力發(fā)電由于風速變化大，輸入風能不穩(wěn)定，風力機轉(zhuǎn)速不好控制，風力發(fā)電機的輸入部分存在技術開發(fā)的空間，即從機械方面考慮改進措施，進行機械控制。

　　風力發(fā)電的機型按照并網(wǎng)時速度是否改變主要分為兩種，恒速恒頻型機組和變速恒頻型機組。不論哪種機型，目前風力發(fā)電機的葉輪都采用水平軸、三葉片，上風向布置;額定轉(zhuǎn)速約27r/min。風能通過風力機轉(zhuǎn)換成為動能，風力機通過轉(zhuǎn)軸驅(qū)動后面聯(lián)動的風力發(fā)電機。從而實現(xiàn)風能-機械能-電能的轉(zhuǎn)換。

　　風力機的風輪一般采用三槳葉與輪轂剛性相連的結(jié)構(gòu)，即定槳距風輪。主要是因為三葉片具有平衡和美觀等優(yōu)良性能。為了實現(xiàn)對其很好的控制，一般在槳葉尖部1.5～2.5m處，設計成可調(diào)控的葉尖擾流器，葉尖擾流器起氣動剎車的作用。當風速過大時，葉尖擾流器釋放并旋轉(zhuǎn)形成阻尼板，影響風能在葉片上的受力分布，改變風力機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。特別當風力發(fā)電機組需要脫網(wǎng)停機時，它可以用作機械制動，效果特別明顯。

　　風力發(fā)電機組從定槳距發(fā)展到變槳距經(jīng)歷了很長一段時間。早期的定槳距具有以下性能優(yōu)點：采用軟并網(wǎng)技術、空氣動力剎車技術、偏航與自動解纜技術，使風力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題和運行的安全性與可靠性大大提高。但是，由于葉片的安裝角在裝配時已經(jīng)固定，其功率輸出是由槳葉自身的性能來調(diào)節(jié)的，因此，在允許的風速范圍內(nèi)，定槳距風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)在運行過程中對由于風速變化引起輸出能量的變化是無能為力的。這就大大降低了風能利用效率，使得定槳距風力發(fā)電機組的推廣得到限制。

　　針對上述特點，大型風力發(fā)電機組，特別是兆瓦級機組(1000kw以上)的風力發(fā)電機組在設計，葉片采用變槳距連接，即葉片與輪轂中間采用可轉(zhuǎn)動的推力軸承或?qū)ｉT為變距機構(gòu)設計的回轉(zhuǎn)支撐聯(lián)接，變槳距風力發(fā)電機的葉片較薄，結(jié)構(gòu)相對簡單，重量小很多，使得變槳距風力發(fā)電機風輪轉(zhuǎn)動慣量小，設計容易，易于制造大型風力發(fā)電機組。這樣風力機可根據(jù)風速的變化適時調(diào)整葉片連接角度，改善葉片周圍的流場分布，即使風速不在額定風速的工況下，機組的輸出功率也可以保持在額定功率上。特別是在大風情況下，風力機可以使葉片順槳，保證整個機組風能利用大大提高。

　　現(xiàn)在，大型風力發(fā)電機組一般都采用變槳距的結(jié)構(gòu)形式。這樣可以在起動時對轉(zhuǎn)速進行控制，并網(wǎng)后可對功率進行控制，使風力機的起動性能和功率輸出特性都有顯著和改善。機組的液壓系統(tǒng)作為變距系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的一部分，在整個閉環(huán)控制系統(tǒng)中占有很大作用，大大提高了發(fā)電系統(tǒng)的運行自動化程度。

　　(2)風力機轉(zhuǎn)軸帶動風力發(fā)電機轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。風力機在風力的推動下旋轉(zhuǎn)，由于輸入風能時刻在改變，不穩(wěn)定，而且風力機在風能向機械能轉(zhuǎn)換過程中存在轉(zhuǎn)換效率問題，再加上受到設計制造的局限，風力機的轉(zhuǎn)速不能很高，但是傳統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速相對要求高，所以連接部分―風力發(fā)電機需要進行技術方面的改進。

　　由于風力發(fā)電機組體積龐大，重量達到幾噸到幾十噸，工作時具有很大的轉(zhuǎn)動慣量;另一方面，受到風力發(fā)電機制造技術和葉片材料的約束，風輪的轉(zhuǎn)速不能太高，一般運行在20～30r/min。機組容量越大，轉(zhuǎn)速越低。為了在此基礎上發(fā)電機得到更多的動能輸入，需要設置增速齒輪箱。齒輪布置時采用沿軸線分布的結(jié)構(gòu)特點。但是由于增加了龐大的機械設備，齒輪間存在高速運行易磨損的問題，使風力發(fā)電機組發(fā)生故障的可能性提高了，現(xiàn)在直驅(qū)式風力發(fā)電機組(即機組連接部分不用增速齒輪箱)正在慢慢受到設計者的青睞。

　　風力發(fā)電機組中的發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機，異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)的頻率，只能在同步轉(zhuǎn)速附近很小的范圍內(nèi)變化。對于定槳距風力發(fā)電機組，一般還采用高滑差異步發(fā)電機和變速恒頻的雙饋異步發(fā)電機。這樣可以使機組的運行風況范圍大大增加即雖然風速遠離額定值，但是發(fā)電機的效率不會降低，風能利用系數(shù)得到提高的同時，發(fā)電機組的噪聲降低。發(fā)出電能的頻率也會符合電網(wǎng)要求。

　　現(xiàn)在，大型風電場一般都采用變速風力發(fā)電機組。它的關鍵技術在于采用了繞線型異步發(fā)電機(其轉(zhuǎn)速可以有很大的變化)或同步電機，再在輸出電能的電路中增加相應的變頻技術。同步發(fā)電機的并網(wǎng)一般有兩種方式：一種是準同期直接并網(wǎng)，這種方法在大型風力發(fā)電中極少采用;另一種是交-直-交并網(wǎng)?？刂萍夹g主要任務是對最佳葉尖速比的測量監(jiān)控，使得機組在允許風速的任何情況下都可以獲得理想的功率輸出。

　　(3)如果直接用風力機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，即直驅(qū)式風力發(fā)電機，輸出電能頻率與電網(wǎng)頻率存在銜接問題，即從電力電子方面考慮改進措施，進行電路控制。

　　風力發(fā)電機組發(fā)出的電能頻率可以不為50HZ，但是經(jīng)過變頻電路處理，使電能質(zhì)量達到并網(wǎng)要求，穩(wěn)定可靠得給電網(wǎng)提供電能。

　　控制技術和監(jiān)測技術是風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術。因為風能不穩(wěn)定，風速大小和方向隨著季節(jié)和氣候的改變而改變，風力資源豐富的地區(qū)通常都是海島或邊遠地區(qū)甚至海上，風力發(fā)電機組一般安裝在無人值守區(qū)，占地面積較大。所以對輸入功率的限制、風輪的主動對風以及對運行過程中故障的檢測和維護必須實行自動化控制。分散布置的風力發(fā)電機組通常要求遠程監(jiān)控，自動控制應該實施運行人員設置的控制策略，保證機組安全可靠地運行。

　　風力發(fā)電技術未來的發(fā)展趨勢將是全實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的自動化，在風電場運行的風力發(fā)電機組全部可以實現(xiàn)中央集中控制和遠程控制?；鹆λ劝l(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，主要的任務是監(jiān)視電網(wǎng)、機組運行參數(shù)，對機組進行并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制，以確保運行過程的安全性與可靠性，而風力發(fā)電系統(tǒng)則在此基礎上，還要增加一些傳感器檢測技術，時刻監(jiān)測風速風向。根據(jù)對其變化趨勢的分析，做出判斷，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。

　　總之，隨著技術的不斷改進，基于變槳距技術的各種變速風力發(fā)電機組已經(jīng)在風電市場得到推廣。變速風力發(fā)電機組的優(yōu)點在不斷顯示出來。變速風力發(fā)電機組的可以在低于額定風速時，跟蹤最佳功率曲線，使風力發(fā)電機組具有最高的風能轉(zhuǎn)換效率;在高于額定風速時，增加傳動系統(tǒng)的柔性，穩(wěn)定輸出功率，向電網(wǎng)提供安全可靠經(jīng)濟的電能。

　　參考文獻：

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　　風力發(fā)電機科技論文篇二

　　微型風力發(fā)電機的應用

　　摘 要：近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞，各國紛紛開始根據(jù)國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，由于其制造簡單、使用方便，清潔環(huán)保。我國風光資源充足，因此具有很好的應用前景。

　　關鍵詞：風光互補發(fā)電 應用 探討

　　中圖分類號：TK8 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973(2012)001-036-02

　　在我們國家，風能資源巨大，但由于資源的不平衡性，純粹的風力發(fā)電不能大范圍普及已成事實。為滿足市場不同需求，延伸出來的風光互補技術不僅推動了中小型風電技術的發(fā)展，還為中小型風電開辟了新的市場。這種系統(tǒng)采用了我國自主研制的新型小型風力發(fā)電機和太陽能發(fā)電根據(jù)地理條件不同進行合理地結(jié)合，形成了相對穩(wěn)定的電力輸出。這是在短期內(nèi)加速改變我國能源結(jié)構(gòu)最有效的辦法。

　　1 風光互補應用市場機會

　　風光互補離網(wǎng)型供電系統(tǒng)，主要是以小型風機(100W-1KW)、太陽能電池組件、儲能蓄電池、控制器(逆變器)，LED光源為主組成離網(wǎng)供電系統(tǒng)，在路燈、景觀、廣告牌、高整公路、偏遠地區(qū)無電戶供電、哨所、基站等小功率離網(wǎng)供電用戶廣泛應用。其市場機會巨大，椐專相關資料統(tǒng)計：市政建設的新建路燈照系統(tǒng)：保守估計我國每年新增6萬公里的市政路燈工程、按每公里80-100萬計算，達600億;無電戶照明：我國目前有近800萬山區(qū)戶、漁民無電戶按每戶8000-10000元計算，800億市場。但需要國家政策補貼;船用風力發(fā)電機(有預測報告全世界近60億美元;其他的海島基地、通信基站、城市景觀建設，高檔小區(qū)景觀建設、新農(nóng)村建設“鎮(zhèn)鎮(zhèn)亮”路燈工程用戶現(xiàn)在已有應用實例，其潛在的市場規(guī)模不可估量。專家保守估計國內(nèi)市場也在幾千億以上的份額，并將形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　2 風光互補供電系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　(1)節(jié)能減排：風光互補新能源為“節(jié)能，減排”開辟了一片新天地，清潔能源，沒有污染。

　　(2)方便使用：光互補受自然環(huán)境因素限制比大型風力發(fā)電小，可以像種樹一樣在全球各個應用角落遍地開花，受環(huán)境限制較小，資源可再生，沒有后續(xù)能源費用。

　　(3)技術成熟：風光互補技術比大型風力發(fā)電技術成熟，可靠，風光互補新能源為新能源為分布式獨立供電獨辟蹊徑。使用壽命長(太陽能電池和風力發(fā)電機均在15年以上的設計壽命)，維護方便。

　　下面通過二個風光互補路燈項目的應用和傳統(tǒng)路燈相比的性價比說明：

　　(1)海南省?？谑袨I江西路風光互補路燈與常規(guī)市電路燈工程總造價比較。

　　位于海口市南渡江西岸濱江西路，北起長堤路與白龍路的交叉口，向南沿南渡江經(jīng)過國興大橋、海瑞大橋，終點在府靈路(南渡江大橋)，是?？谑幸粭l重要的規(guī)劃城市主干道，全長12.5km，道路寬50m。通過計算，得出15年時間里，使用風光互補路燈與常規(guī)市電路燈所需費用，見表1。

　　(2)湖南瀏陽3公里次干道風光互補路燈與常規(guī)市電路燈工程總造價比較。

　　通過專業(yè)技術人員的計算，得出10年時間里湖南省濟陽市3公里次干道風光互補路燈與常規(guī)市電路燈所需費用，見表2。

　　由以上2個案例的對比分析可以得出：在綜合成本上，風光互補路燈與常規(guī)市電路燈相比具備明顯的綜合價格優(yōu)勢，次干道達到了同等投資，零電費、零排放，且道路越長，價格優(yōu)勢越明顯。

　　3 風光互補供電系統(tǒng)的市場風險

　　3.1 市場引導機制缺乏造形成銷售風險

　　風光互補系統(tǒng)的最大及戶就是市政建設和離網(wǎng)用電戶。目前，通過風光互補路燈的試點應用，雖然能增強市民對高新技術新能源產(chǎn)品應用的意識，更能無形中提高市民對新能源利用的意識。其中直觀的科普教育性為帶動地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展提供了諸多無形的價值。為當?shù)卣谔岢?ldquo;節(jié)能、減徘、綠色照明、循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)文明、科普教育、宣傳”等工作上直觀的肯定。但大部份是政府投資或是獲得財政資金補助項目。項目投資金額相對較大，投資后企業(yè)回款期長。一些沒有資金實力的企業(yè)通過關系營銷即使做成項目，資金壓力非常大，甚至有的企業(yè)被無力繼續(xù)發(fā)展。因此大面積推廣使用風光互補供電系統(tǒng)，只能是通過政策機制引導建立政策營銷。

　　3.2 政策引導不力 造成的小風機企業(yè)成本壓力風險

　　按單位輸出功率測算，風機價格是太陽能電池的價格的1/4左右。這是因長期以來，微小風力發(fā)電機的應用是以偏遠貧困地區(qū)的農(nóng)牧民為主要對象，因此價格定位很低，加上現(xiàn)在國家送電下鄉(xiāng)工程，大量采用光伏電池補貼方式，忽略了小風機的成本。而近幾年來，政府對大型風力發(fā)電的政策相繼出臺，但對“中小型風力發(fā)電機組及新出現(xiàn)的風光互補新能源發(fā)電系統(tǒng)還是一個“被政策遺忘的角落”。致使微小風機產(chǎn)品沒有利潤，行業(yè)惡性競爭加劇，技術研發(fā)投入不夠，企業(yè)沒有發(fā)展后勁，不利于風機生產(chǎn)企業(yè)的有利健康成長，從而影響風光互補市場的發(fā)展。

　　3.3 監(jiān)督機制不全帶來的行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量風險

　　風光互補系統(tǒng)是一個產(chǎn)品集成體，目前市場對其單一產(chǎn)品雖然都有標準和檢測手段，監(jiān)管力度也不夠，加上對風光互補系統(tǒng)還是沒有整體完善的檢測監(jiān)管手段，以至于市場上的產(chǎn)品沒有國家權(quán)威機構(gòu)的檢測和認證，導致劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場，由于小風機是高位安裝，風機掉落傷人事故時有發(fā)生。行業(yè)沒有形成有效的監(jiān)管機制，使有的企業(yè)不注重售后服務，致使小風機失去了用戶信心，影響風光互補系統(tǒng)的全面推廣。

　　4 行業(yè)發(fā)展趨勢

　　風光互補系統(tǒng)是近8年才興起的集成企業(yè)，技術門坎不高。技術含量是表現(xiàn)在系統(tǒng)集成+單項產(chǎn)品核心技術，目前小型風機的知識產(chǎn)權(quán)完全自主，各企業(yè)都已申請部件的發(fā)明專利和外觀專利。

　　(1)噪聲：我國的小型風機,通過制造工藝的改進,噪聲技術已得到改善,基本滿足用戶需要。

　　(2)低風速：傳統(tǒng)的小型風機起動風速都是在4米/秒左右。這樣一來，很多地方看不到小風機的轉(zhuǎn)動。所以應用推廣受地域局限。中科恒源科技股份有限公司的全永磁懸風力發(fā)電機，以“全永磁懸浮技術”已獲得國際PCT專利保護。其發(fā)電能效比普通風力發(fā)電機提高20%以上，啟動風速更低至1.5米/秒。是目前600W以下小型風機領域低風速的一個重大突破，是內(nèi)業(yè)最具優(yōu)勢的產(chǎn)品之一。

　　(3)控制技術：大部份風光互補供電系統(tǒng)的控制器，大多處于一種充放電保護和風機過風保護。而有些地方用戶要求需要集中控制和遠程監(jiān)視，但成本隨之上來。所以很多企業(yè)在控制器上創(chuàng)新，滿足人性化需要，模塊化設計在滿足及戶需求的同時又要保證新產(chǎn)品與傳動產(chǎn)品相比較有合理性價比，如：用戶可以根據(jù)自己的需要通過遠程控制和設定光照時間和照明功率。

　　(4)成本：更為用戶關注的是小風機的成本優(yōu)勢,目前,小風機的成本已經(jīng)是同等功率大陽能成本的的1/4-1/5,但風力必須在4米以上的闊曠區(qū)才能獲取,為保證安全，傳統(tǒng)的立桿成本不可少。目前這種成本對于國內(nèi)比較貧窮的無電戶家庭用戶也是過高。需要進一步采用新材料、新工藝不斷改進。

　　(5)集成技術：風光互補更主要體現(xiàn)在集成技術，根據(jù)地理條件和用戶要求，風光互補系統(tǒng)必須形成風能、光能、蓄電池容量的合理配置。系統(tǒng)組成合理，可以達到要求，系統(tǒng)達到最優(yōu)性價比。否則，資源浪費，系統(tǒng)成本增加。這種技術更主要是應用經(jīng)驗的累積，因此，應用范圍的擴大成了行業(yè)發(fā)展的關鍵。

　　5 結(jié)束語

　　(1)本產(chǎn)業(yè)市場及潛在市場巨大，在國家政策提倡，地方政府支持下，可形成巨大產(chǎn)業(yè)鏈。隨著能源日益緊張，新能源利用方式不斷拓展，新技術、新材料的不斷出現(xiàn)，作為爭布式供電方案的風光互補系統(tǒng)將是普及風能、光能隨時隨地應用的一種手段，前景廣闊。

　　(2)風光互補系統(tǒng)的關鍵技術急須突破，涉及到高效低風速的小型風機技術、太陽能光電技術、儲能蓄電池技術、LED淘汰技術等，國家應對小型風機甚至專門對風光互補供電系統(tǒng)的供應商進行政策支持，通過行業(yè)內(nèi)的制造企業(yè)的不斷推廣引導，形成產(chǎn)業(yè)政策，同時需要鼓勵企業(yè)通過技術創(chuàng)新和新材料的應用創(chuàng)新降低使用成本，風光互補技術的全面推廣是完全可以實現(xiàn)的。

　　參考文獻：

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