风力发电系统研究论文范文第1篇
【摘 要】目前，由于风力发电具有成本较低、发展前景广泛、应用方便、可再生性好等优点，逐渐受到了各国专家学者的注意。近年来，我国风力发电技术发展较快，在各方面取得了重要科研成果，并成功投入应用。风力发电技术的应用对于环境污染的改善，化石燃料的节约都具有深远意义。因此，该文主要阐释了风力发电技术的工作原理以及风力机最佳运行原理，并在此基础上提出了调节风力发电机功率的几种方式，最后对风力发电系统控制技术的实际应用进行分析。
【关键词】新能源;风力发电;发展趋势
1 引言
为了更充分的利用风力能源，我国在风力发电技术方面发展的非常迅速。风力发电技术的进步推动了风力发电的广泛应用，也促进了我国风力发电厂的建设。但是风力发电的供电网络中心跟其他发电方式相比稳定性较弱，抵抗外界干扰的能力也比较差，不能受到过于大的冲击力。这就使得风力发电系统在发电过程中经常出现各种各样的问题，因此如何解决风力发电容易出现故障的技术性问题和提高风力发电电能质量问题便显得越来越重要。本文便是从解决风力发电稳定性较弱，抵抗能力较差的问题出发，不断的提高风力发电的质量，为风力发电在我国的更广泛的应用做保障。
2 风力发电及其控制技术的进展情况
2.1 风力发展的现状
中国拥有丰富的风能资源，全年风能资源总量32.26亿kW（地面以上10m风速大于5m/s），实际可开采量为10.4亿kW。根据我国的实际情况，新能源战略已经开始着重发展风电。因此我国风电发展前景相当可观，从现在到未来将保持高速发展的趋势，同时，随着风力发电技术的逐步成熟，风电行业的盈利能力也将稳步提高。根据中国工商业研究院发布的数据，截至2017年底，全球风电市场主要集中在5个国家：中国、美国、德国、印度和西班牙。其中，中国累计装机容量188392兆瓦，居世界第一，美国累计装机容量89077MW，居世界第二。与2007年前我国风电装机容量相比，近年来我国风电装机容量实现了质的飞跃。因为不断增加的装机容量，中国已成为了世界上最重要的风力发电国之一。
2.2 風力发电系统的控制
由于自然风在不同时期和不同气候条件下会出现不同风速和风向，所以有效地控制发电系统是一项重要的工作，首先需要有效地控制好机组内的切入和切出电网、对输出功率进行控制、并检测风轮是否出现运行故障、做好保护措施。风力发电系统的控制技术由之前的定桨距恒速运行技术发展至现在的变桨距变速运行技术，有了较大的突破和超越，达到了城市中基本的供电指标。在风力发电机组中关键的技术是机组功率的调节技术，包括主动失速、定桨距失速和变桨距调节等。当下，风力发电机组具备了变桨距变速运行技术，对风速和风向的变化进行控制，另外，风力发电控制系统不只是在机组内达到脱网、并网和调向控制的作用，还可以通过变距系统进一步管控好机组的运行速度和功率，从而确保风力发电机组的安全以及速度的加快，推动电力行业的快速发展。
3 互补发电系统
（1）风光互补发电系统。风力资源易受地形地势的影响，且与地域位置有关。我国的地域分布及季风气候决定我国冬季风能丰富而太阳能不足，夏季太阳能丰富而风能不足。因此，可以将二者进行很好结合，利用风光互补的发电结构解决风能发电和太阳能发电的随机性，实现电能输出的稳定。该系统尤其适用于风能和太阳能都较为丰富的地方，如：海岛、沙漠、草原、山区等。该系统还适用于小区和环境工程，如：路灯、观景灯、广告牌等。（2）风水互补发电系统。风水互补发电系统就是将风能发电系统与水能发电相结合的发电系统，当风能发电出现波动时，水电站可以迅速调节输出补偿风能发电。另外，在我国部分地域风能和水能在分布上具有时间互补性，例如我国的新疆、内蒙古、青海等地区，夏秋季风速弱，风力发电输出能力弱，但是这2个季节雨水量较大，水力发电可以补偿部分负荷。春冬季节，雨水量较低，水力发电输出能力较弱，但这2个季节风能较强，风力发电输出较大，能够对水力发电进行稳定性补偿。（3）风气互补发电系统。风气互补发电系统是指风力发电与燃气发电相互补偿。利用具有快速启停和快速调节负荷特点的燃气发电机补偿风力发电机输出的波动，使得整个发电系统的输出能力在一段时间内保持稳定。目前，风气互补发电系统在新疆地区已经得到了应用。
4 风力发电及其控制技术的研究
4.1 风轮的控制技术
①利用功率信号的反馈。利用功率信号的反馈进一步管控好风轮的功率信号，当风轮运行时，它们的功率与实际条件的改变是一致的，然后再对功率的关系作出分析，之后绘制出最大功率的曲线图，完成以上工作后接着做后面的工作。在实际操作时，还应该对比最大功率与系统中的实际输出功率，获取它们的差值大小，之后再进行风轮桨矩的调整工作，这样才有助于风轮的运行功率最大化。这种方式使成本无须花费过多，但是风机在正常运行时要获得最大功率曲线较为困难。②管控好叶尖速比。受到风力作用的影响，风轮中风叶尖端转动时具有线速度，并且将其称为叶尖速。其中叶尖速比表示为叶尖速与这个时间之内的风速形成的比值。对叶尖速比进行控制的主要方法是控制叶尖速比值，从而进一步改善风机的运行系统。因为风速不相一致，所以很难有效地确定出最合适的叶尖速比，应该适当地改变和调节叶尖速，并调节好风轮转矩，这样才能更好地调整风轮外边缘的速度，使叶尖速比得到优化处理。
4.2 风力发电中无功功率补偿技术与谐波消除技术
①无功功率补偿的技术。在感性元件的影响下，发电系统中一些无功功率呈现出消耗的状态，电压经过感性元件的时候，因为只是无功功率的消耗使得感性元件两边无电压变化，但是当电压较高时，经过感性元件的电流较大会给元件带来间接破坏。这时候，就要结合实际情况采取无功功率补偿技术，并且压抑住谐波作用。虽然无功功率补偿的应用很广，但还是存在一些不足。②谐波消除的技术。风机发电的时候，由于存在谐波就是整个电能的质量不高，也给电的电压及频率造成不良影响，使无功功率与有功功率间缺乏平衡，所以一定要把存在的谐波消除掉。具体开展过程中，因为谐波会影响风能的发电，首先，它会造成发电机的铁损和铜损，在发电机内产生超同步谐振的现象;电力设备在运行时，谐波会造成设备出现热故障，影响系统的正常运行等。而消除谐波可以从以下几个方面入手：第一，使用电力变流器和一些电力设备让相应的相位与谐波进行抵消;第二，适当调整电容器组，进而改变无功功率，从而减少谐波对无功功率的影响;第三，运用三角形的连接方式，这样能减少谐波的进入量。
4.3 风力发电储存技术
（1）新型电池储能技术。电池储能技术是最简单的电能储存方法，主要应用于单独运行的中小型风力发电机的电能储存，以便根据风况以及负荷的变化进行电能补偿。现在采用的电池主要有铅酸电池、钒电池、镍镉电池、钠硫电池、锂电池等。（2）水利蓄能技术。水利储能技术需要以丰富的水资源为前提，在风能过量时，利用风能带动水泵将水位提高，将电能转化为势能。在风能不足时，将高水位的水进行泄放，带动水力涡轮发电机发电，从而将势能转化为电能。（3）压缩空气蓄能技术。压缩空气蓄能技术是主要应用于干旱地区的风力发电储能技术。在风能过量时，利用风能带动压缩机，将空气压缩储存到金属器具内或者矿洞内，在风力不足或者负荷较大时，利用压缩空气带动涡轮机发电。
5 解决风力发电并网技术问题和提高电能质量控制的措施
由于系统内电力电子设备被广泛的应用非线性复合的不断增加以及高压直流通电得到普及，使得系统谐波日益严重。要控制电能质量，可以从抑制谐波的产生方面出发。而电抗器、可投电容器以及无功补偿设备都可以监控无功功率的波动以及变化，他们具有非常强的抑制谐波的功能。他们可以通过静电无功补偿依靠电机的旋转运动对电网中的无功、有功相角进行调节的方法，达到补偿的目的，从而使电压输出平稳，阻止谐波的产生，还可以降低风力不稳定对电能质量的影响。
5.1 动态电压恢复器的应用
在中低压配电网中，有功功率进行快速波动也会造成电压闪电的情况的发生。为了解决这种情况，就需要要求补偿装置在对无功功率进行补偿的同时，还有能够提供瞬时有功功率的补偿。动态电压恢复器是带有储能单元的补偿装置，他的出现取代了传统的无功补偿装置。能单元，能够在 ms 级内以正常电压和故障电压的差值，向系统注入电压，可以有效解决系统电压波动对客户的影响。动态电压恢复器能够在非常短的时间内向系统传输电压，可以有效的改善电能质量和动态电压，是解决电压波动、谐波等动态电压质量问题的最佳方法。
5.2 做好谐波抑制措施
在进行风力发电并网技术的应用时，想要提高电能质量控制效果，可以使用静止无功补偿器抑制谐波。静止无功补偿器可以对谐波危害问题进行有效的抑制，这种补偿器主要是由电抗器，谐波过滤装置和多台可投切电容器等共同构成。静止无功补偿器的最大特征就是具有非常强的反应能力，可以对无功功率进行实时监测，还能够实时的调整由于风速不稳定导致的电压变化，从而实现将谐波完全的滤除，从而不断的提高风力发电技术的应用，提升整体电网的电能供应质量。
5.3 统一电能质量控制器
对电能质量控制器进行统一，可以实现既对电压加以补偿，又对电流加以补偿的情况。统一电能质量控制器是典型的综合类补偿装置。该装置可以将串联并联补偿装置进行有效的融合，帮助用户解决综合补偿问题。这种补偿装置含有储能单元的串联、并联组合，不仅可以应用于配电系统的谐波补偿，还可以解决瞬时供电中断和电压波动等动态电压质量问题，不断的提高供电可靠性。
6 结束语
综上所述，随着国家社会经济的不断发展，我国的储存能源也在不断减少，环境也遭受到了一定程度的破坏，能源和环境问题日益突出，也越来越受到大家的关注，而风能作为我国的清洁能源之一，将其应用于发电技术中，遵循了我国绿色可持续发展理念，风力发电技术也成了我国最为常见的发电技术之一。目前，我国的风力发电主要有陆地风力发电和海上风力发电 2 类，给我国经济社会发展和人类生活提供了所需的电力。但是，由于我国的风力发电系统控制技术还存在着较大缺陷，导致我国风力发电效率较低，极大地影响了我国风力发电技术的进一步发展。所以，为了提高我国的风力发电技术，必须要加强对风力发电系统控制技术的研究。
参考文献：
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（作者单位：中广核陕西潼关风力发电有限公司）
风力发电系统研究论文范文第2篇
摘要：现如今随着社会经济的不断发展，环境问题得到了人们的广泛关注，传统模式下采用火力发电技术，因为对周围环境造成污染严重，具有不可再生的特点，难以提高社会效益，不符合可持续发展战略。风力发电具有低碳的特性，具有广阔的应用前景，得到了广泛应用。在风力发电系统中采用电力电子技术有助于改善系统性能，提高系统运行效率，具有极高的应用价值。基于此，本文对电力电子技术在风力发电系统中的应用展开分析。
关键词：风力发电;电力电子;风能控制;储能
风能与其他能源类型存在不同，具有低污染、可再生性等特点，风能的利用与开发有助于缓解能源紧张问题，对于改善缓解污染现状具有重要的意义。因此风力发电系统得到了诸多领域的广泛应用，但是系统对输电、控制等性能具有较高的要求，传统的电子器件无法满足系统运行需求，导致系统整体运行效能不佳。同传统技术相比，电力电子技术具备明显的优势，有助于改善系统性能，提高其运行质量，对于推动风力发电的发展具有重要意义。
1. 电力电子技术概述
电力电子技术是电力行业中一系列电子技术的统称，对其进行具体分析，主要指采用电子相关装置实现对电力系统进行控制的一项先进技术。首个品闸管的成功研发标志该项技术的诞生。对电力电子技术的核心内容进行分析，主要包括电路、装置以及相关器件，其材料主要由半导体构成，理论基础为电子学，电力电子系统主要由电路和相关元器件组成。随着我国工业化进程的加快，电力电子技术得到了诸多领域的广泛应用，尤其是电力行业，对于电力行业的稳定发展发挥了重要的作用。
2. 风力发电系统常用的电力电子器件
2.1 IGBT
IGBT是系统的关键器件，其作用在于控制系统功率，属于功率器件的一种，不但可以有效切断电流，同时可以通过PWM技术实现无源逆变，可以直接通过直流输电将电力输送至无交流电源的主要负荷点。但是因为风力发电系统的稳定性不佳，因此IGBT在实际运行过程中存在一定的波动，导致铜片和基板、铜片与芯片进行焊接的过程中需要承载较大的热量-机械应力。因为IGBT具备这一特性，所以其SPWN逆变器得到了广泛应用。在具体运行阶段，通过开关波形进行有效控制，能够有效提高电力传输的有效性与稳定性。除此之外，能够对初次应用的角度进行改变，将功率因数转化为1，有助于改善系统的功率。
2.2 交直交变频器
风力发电系统的主要特点为便利恒频，通过采用变频装置实现向电能的转化，为电网能量的有效传输提供巨大的便利，但是系统多存在侧功率低、电压谐波较多等问题。所以为了能够为了解决相关问题，需要合理利用交直交变频器，实现对系统的优化和控制，确保交流的双向性，尤其要注重对无刷双馈电机和变速恒频系统的合理应用[1]。
2.3 矩阵变换器
随着对电力电子技术研究的不断深入，矩阵变换器得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。该装置属于电源变换器的一种，十分先进，能够实现交流电相关参数的高效转化。除此之外，将其应用于风力发电系统中，能够提高电压以及调节频率的控制水平，进而达到变频恒频的控制目的，实现对风能的有效控制，具有极高的应用价值。
3. 电力电子技术在风力发电系统中的应用
3.1 在系统改造中的应用
过往风力发电系统在实际运行的过程中，系统发电机的主要运行方式为主动失速或者失速，该模式下的输出功率稳定性不佳，难以满足系统运行要求。随着应用方式的发展和变化，这一方式已经被其他方式取代。近些年来电力电子技术发展迅速，发电机系统也在不断更新与完善，同时其运行方式和原理也得到了一定的优化。其中变速恒频风力发电机系统便是电力电子技术不断发展的产物，采用变速恒频变桨距调节系统，在内部配备双馈感应电机，不但能够有效提高输电质量，同时有助于减少能耗，效果确切[2]。
3.2 在系统储能改造中的应用
目前风力发电系统的主要问题体现在风向、风速的稳定性较。随着风能应用范围的不断提升，难以确保风量。在这一形势下，需要对相关技术进行不断创新和优化，提高风能的储存效果，为发电、供电的稳定性提供保障。目前蓄电池得到了风力发电储能系统的广泛应用，优势明显，具有非常快的储能速率，同时安装操作十分便捷;另外，对系统风能的储存来说，超导线圈储能也是一种高效的储能途径，但是该项技术尚未发展成熟，未得到广泛应用于推广，仍需進一步完善。另外，不间断电源因为在输入电流过程中具备持续供电的特点，符合风力发电系统特点，得到了广泛重视，使用电力电子技术的过程中，不间断电源结构多使用脉宽调制技术、IGBT等器件，具有极高的应用效率，将其应用于偏远的发电站仍然具备良好的应用效果。
3.3 在风力发电输电中的应用
对风力发电系统的发电来说，其动能的主要来源为风力资源，对发电机组进行配置的过程中，多位于偏远区域，因此导致用户、发电机组以及调度中心等存在明显的不足。交流输送是主要输送方式，但是存在诸多问题。未来发展阶段需要积极利用高压直流输电技术，该项技术具备异步联网的特点，结构完善，对于环境具有极强的适应性。其可关断器件主要使用GTO、IGBT等。PWM技术也是一种应用广泛的电力电子技术，能够有效改善直流输电效果，具有非常高的质量。另外，以电力电子技术为基础的轻型直流输电应用于风力发电系统中也具有理想的效果，能够实现海上风电场交流网络和电网的同步运行，具有极强的抗故障性能[3]。未来发展阶段，需要加强对灵活交流输电系统的应用，该系统实现了现代控制技术和电力电子技术的有效融合，能够实现对系统参数、相位角等的有效控制，有助于提高输电能力，强化系统的稳定性。
3.4 在风力发电的滤波、补偿中的应用
风力发电机组位于供电网络末端位置，极易导致谐波干扰配电网，引发闪变、电源波动等故障问题。因此风力发电系统需要加强对滤波及补偿装置的应用，目前常用的技术主要为静止无功补偿器以及有源电力滤波器。
静止同步务工补偿器并未使用容量较大的电容器产生无功功率，主要采用电子器件的高频开关提高无功补偿技术水平，在中高压电力系统的动态无功补偿具有良好的应用效果。同时该项技术能够有效追踪负荷变化情况，进行务工补偿。有助于改善风力发电系统中电压波动较大的情况，提高其稳定性，改善电能质量。将其设置在风电机侧安，能够增加阻尼，提高电压的动态化控制水平[4]。
有源电力滤波器能够通过可关断电子器件，以坐标变换原理中的瞬时无功理论为基础，对补偿对象的电流、电压进行检测，通过电力控制器完全取代系统电源向负荷提供的畸变电流，确保系统能够得到期望电流。该装置具有极快的响应速度，对于电压波动、闪变补偿率的控制效果理想，同时能够高效滤除高次谐波，具有极高的应用价值。
结语
综上所述，风力发电具有良好的发展前景，将电子电力技术应用于风力发电系统中，能够有效提高系统运行效率，改善电能变换质量，降低发电成本，未来发展阶段需要加大的研发力度，充分发挥风力发电系统的作用。
参考文献：
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项目支持：云南省教育厅科学基金项目（2021J1073）
风力发电系统研究论文范文第3篇
摘要：风力发电作为一种绿色能源，因其对环境无污染、零排放的应用优势而受到高度重视和推广。因此，从风电设备的安全管理和运行维护出发，确保风电设备的运行质量和设备性能。
关键词：风力发电设备;安全管理;运行维护
由于风力发电环境多位于高原地区和沿海地区，气候特征和地理特征对风力发电设备安全运行的影响不容忽视。此外，风力发电基站是单一离散、全线集中控制的方法。风力发电设备的安全管理和运维需要克服复杂的地理位置和多变的气候环境，这对风力发电设备和运维人员是一个巨大的考验。风力发电设备的工作原理是风轮将风能转化为机械。因此，风电企业应重视风电设备的安全管理和运行维护，提高风电设备的在线安全运行周期，为社会提供安全可靠的电能。
1风力发电设备常见故障及措施
1.1气候和地理环境影响
风力发电的建设往往取决于某一地区风电场的规模，但风电场往往位于高海拔、沿海地区等偏远地区。夏季沿海地区的强风和暴雨以及冬季高原地区的暴雪对风力发电设备的威胁更大。情况严重时，风力发电设备的使用寿命会缩短。此外，这种环境容易破坏风力发电设备的金属结构件，增加腐蚀性，削弱风力发电设备的整体不稳定性。安全管理和运维措施应加强对风力发电设备叶片、齿轮、轴承等机械金属结构件的检查，检查是否有腐蚀、变形等情况。同时，应根据风力发电机的功率输出曲线来判断环境。适当调整风力发电设备对定期运行检查周期和维护力度的影响。提前掌握风电设备安装位置环境现状，选择合适的设备材料或设备，减少环境对风电基站运行的影响。因此，在风力发电设备选材时，应选用耐低温、耐压强、低压运行的电气控制设备，并定期调整叶片。安装角和浆体整定值，以获得风力发电设备的最佳性能。
1.2风力发电机运行维护
风力发电机是各风力发电基站的核心机电设备，其性能和运行维护直接影响风力发电的电能质量和运行的经济效益。一般通过定期检查和日常维护，发现故障，消除安全隐患，减少故障发生率，提高机组在线安全运行时间，保证机组效率和质量。风力发电机常见的故障有：传动部件之间严重堵塞或摩擦;由于长期使用，紧固螺栓松动或螺栓剪切不均匀;液压系统有泄漏;各种传感器损坏或电动执行机构不敏感等。风电机组安全管理和运行维护的重点是定期维护和应急故障排除。其中传动部件间的润滑卡壳、拧紧螺杆拧紧检查、功能验证、液压系统检查、传感器、电动执行机构等都是定期维护的内容。定期大修必须没有任何手续，风力涡轮机的每个部件都应该仔细检查，以确定是否发现了问题并及时更换或修理。故障应急维修是指风机出现故障时，及时进行现场检查和处理。首先要观察故障的表现形式，如电机抖动、液压损失等，迅速判断故障原因，停止维修，及时更换损坏部件。及时检查和纠正电子控制系统的短路连接或端子松脱或环境受环境影响的情况。为了快速更换部件，易损件和消耗品应存放在风力发电基站或由维修人员携带。维修保养工作完成后，应及时记录故障点和解决方案，清理维修现场，确保设备的完好率，并为下次类似故障提供快速可靠的解决方案。
1.3变频器运行维护
风力发电设备中采用变频器作为电气控制设备。其应用原理为：当风轮转速低于设定值时，变频器由电网交流电变为直流电储存在基站电容中，再由交流电发送到发动机转子。逆变器常见故障包括过流故障、过载故障、过电压故障和温度故障。但由于逆变器的种类和形式较多，其故障编码也不尽相同，解决方案也不尽相同。以温度故障诊断为例，当风力发电机与电网和冷却风扇不工作，冷却循环泵不抑制，并有相应的故障代码，它可以确定设备关闭是由于过度的逆变器的温度。解决方案：检查冷却风机叶片是否损坏，电机电源是否欠压;检查冷却循环泵电机及其密封性。检查故障原因后，及时更换新的散热器或电机，同时对电源进行冗余处理。
2风力发电设备的安全管理
随着风力发电设备的不断更新，设备的种类和类型也层出不穷。然而，风力发电人员很难完全掌握。安全管理意识不强，维修技能较弱。为了提高和加强风力发电设备的安全管理，企业人员的专业技能和职业道德应该改善，各种管理系统逐渐完善和工作经验，应该形成标准化的操作程序和操作指令，和设备文件管理和设备责任应该实现人员管理制度建设。对于较为常见的故障或问题，可以组织专家进行讨论分析，制定一套快速、高效的解决方案，提高安全管理质量和设备安全性能。
3 风力发电设备运维管理工作中的相关注意事项
下面以风力发电变压器为例进行分析。海上风力发电机变压器由于高湿度、高霉、高盐雾腐蚀等恶劣环境，对变压器的运行会产生致命的影响，易使钢构件发生腐蚀和锈蚀。线圈的沉积、放电和模具痕迹出现在电缆的外层，影响变压器的外观、质量和可靠性。
3.1频发过电压
海上风电变压器在运行过程中经常受到过电压的影响，主要是运行过电压、短时过电压、雷电过电压和超快瞬态过电压，使风电变压器运行中最容易发生故障的是超快瞬态过电压，其典型频率为100kHz-50MHz。极快的瞬态过电压引起绝缘击穿。海上风力发电变压器考虑极快的瞬态过电压。
3.2负载谐波电流
风力发电系统中附加的非线性负载，如变频器、发电机、断路器等，在运行过程中会产生谐波。这些累积的谐波被不断地重复和叠加，当它不是基频时，就会增加系统的峰值电压和电流。除了发电机产生的谐波外，还有由PWM电压源逆变器产生的破坏性谐波。风电变压器经常受到非正弦负载电流和谐波的影响。谐波的危害是增大了变压器的涡流损耗和杂散损耗。绕组导线的涡流和循环电流引起额外的加热。这些热量必须通过额外的冷却装置进行处理，以避免绝缘过早老化和变压器局部过热失效。
3.3负载波动
风速的变化意味着风机必须在不断变化的负荷下运行，变压器要经历频繁的冷却和加热循环。風力变压器可以在局部风力作用下从一个非常低的负荷多次循环到一个非常高的负荷。这个循环在结构部件上产生反复的热应力和机械应力，如绕组、阀体和夹具。持续的热循环也会加速内部和外部电气连接元件的老化。频繁的低负荷到高负荷循环的累积效应使得海上风电变压器绝缘疲劳失效的风险更高。
3.4频繁机械振动
海上风力发电变压器的结构也必须注重机械共振。大量案例表明，安装在机舱或塔内的变压器被相当数量的风力涡轮机产生的振动损坏。当风荷载冲击风机叶片时，会引起变压器剧烈振动。运输过程中的振动、短路和操作，如果绕组连接或引线接头操作不当，可能导致疲劳失效。
3.5三防处理
在设计海上风力发电变压器时，应采取合理的措施，如尽量将部件的边角圆角化，以提高部件的表面光洁度，减少不平整度;尽可能减少接缝，并在缝隙可能发生腐蚀的地方做密封涂层;采用适当的技术消除压力，避免过度压力;易损部件应易于维修和更换。合理选择相关材料，如耐蚀性强、不发霉等材料;确保不同的金属相互绝缘，或将相同的金属材料镀在不同的材料上，使其电位一致;涂敷件可选用耐腐蚀性较好的合金和不锈钢。表面处理是三防技术的关键。对变压器易腐蚀部位进行电镀、热喷涂、三防漆等表面处理。
总之，风力发电设备是风力发电的基础。必须以安全生产为基础，以设备安全管理和运行维护为重点，以安全隐患快速诊断和排除为大修手段。同时，各种运行说明书力求有效预防控制和快速解决，确保风电设备在线安全运行，提高风电发电和企业经济效益，为社会提供安全可靠的电力。
参考文献
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风力发电系统研究论文范文第4篇
【摘 要】电力系统对风电场接入电网时的要求愈来愈严苛，而低电压穿越被公认为风电机组设计及控制的难点，制约着风电机组的大规模应用，本文笔者结合多年实践简要探讨了风电机组低电压穿越的问题。
【关键词】风电;低电压穿越;应用设计
引 言
低电压穿越（LVRT，Low voltage ride through），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而穿越这个低电压时区。所以，LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。
1、风机低电压穿越的要求
通俗而言，LVRT就是风电机组的端电压降低到一定值的情况下不脱离电网而继续维持运行，甚至继续为系统提供一定无功以帮助系统恢复电压的能力。具有低电压穿越能力的风力发电机能大大减少风电机组在故障时反复并网次数和对电网的冲击，因为其可躲过保护动作时间，故障切除后恢复正常运行。
在出现电网故障电压降低的情形下，具备了低电压穿越能力的风电机组则可尽最大可能与电网连接，延续电力运能，减轻电网波动。一般而言，230KV及以上高电压等级线路的故障，在6个周波(120ms)内被切除，100ms内电压可恢复到15%的正常水平，而1s内可恢复到75%的正常水平甚至更高的电压水准，低电压穿越能力实则是一种风电机组在故障电压短时间消失期间，能够保持持续运行的能力，但此后电压仍处在低压，则风电机组则将会被低压保护装置切除。
对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省级电网（区域级电网），则要求该电网区域内运行的风电场应具备低电压穿越能力。通常要求，风电场内的风电机组要具备在并网点电压跌至额定电压的20%时，能够保证不脱网连续运行625ms的能力；风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。此外，当电网发生三相短路故障引起的并网点电压跌落状况下、当电网发生两相短路故障引起的并网点电压跌落状况下、当电网发生单相接地短路故障引起的并网点电压跌落状况下，风电场并网点各线电压在规定电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须要具备保证不脱网连续运行的能力；风电场并网点任意相电压低于或部分低于规定电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。
2、低电压穿越方案
在当前技术条件下，通常通过三种方案来实现风电机组的低电压穿越，其一是引入新型拓扑结构；其二是采用转子短路保护技术；其三是采用合理的励磁控制算法。
在了解了电网电压突然降低对发电机造成的影响及后果后，我们就会知道为什么风电机组应该具备低电压穿越的能力。在电网故障出现时，发电机机端电压的突然降低，势必形成发电机绕组磁通的变化，在定子和转子侧都形成过流。在传统机组中，励磁系统可以通过强励方式把电压支撑在1 pu，可以支持短路点的短路电流，如果发生磁通突变，如果转子和定子的超载能力仍在过流数值之上，机组仍能保持造成运行。在系统发生故障后，LVRT能力可以保证风电机组的不间断并网运行，如果LVRT不具备，则发生电网电压跌落状况下，风机自身的保护系统动作会切断风机与电网的连接，电网电压会降的更低，这对电网而言无疑是雪上加霜的打击，严重情况下势必引发系统整体崩溃。
风电机组相对于传统机组而言，在低电压穿越时要考虑诸多因素，包括：附加的应力、转矩对机械部分造成损坏的可能性；电气、机械功率的不平衡对机组稳定运行的影响（若电网发送低电压穿越，由于电气、机械功率的不平衡会影响机组的稳定运行）；暂态过程引发的发电机过流问题，对机组器件的损坏性影响（暂态过程会导致发电机中出现过流，可能损坏器件，另外，附加的转矩、应力可能损坏机械部分）；机端电压支撑能力；高风速期间，输电网故障引起的大量风电切除会导致系统潮流的大幅变化，引发大面积的停电的肯能行，以及继而带来的频率稳定问题等。
3、低电压穿越的难点及实现对策
低电压穿越的难点主要体现在以下方面：首先是风电场、风电机组的低电压穿越能力的提升，势必会大幅度增加工程的造价，随着电网对LVRT要的越来越高，工程造价的提升幅度也一定会越来越大；其次，当电网电压跌落时，不同类型机组的暂态特性时不同的。就目前而言，风电市场上的机组类型大概有：FSIG、PMSG和DFIG，也即：直接并网的定速异步电机、同步直驱式风机、双馈异步式风机。
FSIG和DFIG的相同点是定子侧直接连接电网。那么该直接耦合模式就会使得电网电压的降落直接反映在电机定子端电压上，在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，而转子继续旋转，从而产生大滑差，势必造成转子绕组过压过流。如果风速高，即使切除了故障，DFIG的电磁转矩有所增加，对于电机转速的上升也不容易抑制，会使得吸收的无功功率继续增加，定子端电压下降，继而阻碍电网电压的恢复。
PMSG的定子经AC／DC／AC与电网相连，发电机和电网不存在直接耦合。瞬间降低的电网电压会导致输出功率减小，发电机的输出功率不变，这种功率不匹配引发直流母线电压升高。
FSIG机型较早，鼠笼式转子从电压跌落到恢复的时间内能承受短时过流而不会受损烧毁。故障发生后，利用快速变桨降低输入机械转矩，限制转速提升，加装无功补偿装置，实时进行无功补偿可解决；由于PMSG的定子经变流器接电网，与电网解耦，电网电压降落不会影响发电机，只会对网侧变流器的运行产生一定影响，允许网侧逆变器电流加大以输出更多的能量，改进变流器的过流和耐压值，提高直流电容的额定电压，储存额外电能，以此实现LVRT；DFIG受到小容量变流器制约会在电压跌落时受较大威胁，通过增大IGBT（转子变流器）电流容量，使得IGBT在短期内处理更大的电流容量和电流，且可以快速地恢复对双馈电机定子侧和电网之间的有功、无功功率的交换控制。
风力发电的发展趋势必定是建立更多具备低电压穿越能力的风电场。现行的低电压穿越技术仅能应对短时间的电压跌落，且还存在诸多不足。在我国，面对具体区域电网和具体接入点如何合理的运用低电压穿越技术，是摆在电网、风电运营商、和风机厂商面前亟待解决的共同课题。
参考文献
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风力发电系统研究论文范文第5篇
1 国内外风电发展现状
1.1 国外风电发展现状
进入21世纪, 全球可再生能源在不断发展, 而在可再生能源中风能始终保持最快的增长态势, 并成为继石油燃料、化土燃料之后的核心能源, 目前世界风能发电厂以每年29%的增长速度在发展, 根据全球风能协会 (GWEC) 的统计, 至2009年底, 全球风力发电机总装机容量达74.2GW, 较2008年的59.1GW增长27%, 如表1。由此可见, 风电正在以超预期的发展速度不断增长。如今在全球的风能发展中, 欧洲风能发电的发展速度很快, 预计15年之后欧洲人口的一半将会使用风电。亚洲地区风力发电与美欧相比还比较缓慢, 除印度一支独秀以外, 其它国家风电装机容量均很小。风电累计装机容量居前五位 (到2006年底) 的国家依次是:德国 (20620MW) , 西班牙 (11615MW) 、美国 (11603MW) 、印度 (6270MW) 和丹麦 (3136MW) 。表2为2009年底全球前十大风力发电市场总装机容量及市场占有率。
欧洲是目前全世界风力发电发展速度最快, 同时也是风电装机最多的地区。2010底欧洲地区累计风电装机容量为7708万k W, 约占全球风电总装机容量的51%。尽管2010年欧洲风电装机增长幅度有所放缓, 年增幅由2010年的58%降为2009年的51%, 不过随着一些欧洲国家海上风电项目的发展, 预计欧洲地区风电装机仍将维持快速增长的势头。其次为亚洲24.3% (3679MW) 和北美洲地区21.3% (3230MW) , 其它地区合计市场占有率为3.7% (580MW) , 如图1所示。
1.2 国内风电发展现状
我国风电事业起步较晚, 但是基于国家政策和资金的支持, 风力发电得到了快速的发展。我国从70年代开始进行并网型风力发电的尝试。1983年山东荣成引进3台丹麦55k W风力发电机组, 开始了并网型风力发电技术的试验与示范;1986年, 新疆达坂城安装了1台丹麦100k W风力发电机组;1989年安装了13台150k W风力发电机组;内蒙古安装了5台美国100k W风力发电机组, 开始了我国风电场的运行实验与示范。1996年底总装机容量为5.7676万k W;1997年在国家有关优惠政策和国家计委“乘风计划”的推动下, 年总装机容量跃至10.88万k W, 另有15.5万台微型风力机 (年发电量3 5 9 2万k W/h) 在牧区和山区使用。到1998年底, 全国19个风力发电场共安装了530台风力发电机组, 装机容量为22.36万k W, 机组容量从30k W到600k W, 以600k W机组为主。安装最多的是新疆自治区达坂城风电场, 共安装了137台机组, 总装机容量为6.6万k W;内蒙古自治区的风电场, 共安装了110台机组, 总装机容量为4.5万k W;广东省南澳风电场共安装了111台机组, 总装机容量为4.3万k W。总的来说我国利用风能并网发电历时已近30年, 尽管风电上网的装机已发展到50多万k W, 然而从风电在能源结构中的比重、发电设备制造水平等方面看, 风电仍未走出“试验”阶段。专家说, 早在1995年原国家电力部就提出到2000年我国风机规模要达到100万k W, 但截至目前, 全国40多个风电场总装机容量只有56.7万k W, 仅占全国电力装机的0.14%[2]。
我国有着丰富的风能资源, 幅员辽阔、海岸线较长, 风能资源比较充足, 风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至东南沿海地带及岛屿。“世界能源理事会”1994年风能评估报告指出, 中国理论风力资源潜力是17, 000TWh/年。我国可开发利用的风能储量约为10亿k W, 其中, 陆地上风能储量约2.53亿k W (依据陆地上离地面10m高度计算) , 海上可开发和利用的风能储量约7.5亿k W。但是, 由于我国地形复杂、国土广阔, 风能资源的地区性差异很大, 即使在同一地区, 风能也有较大的差别。
1.3 国内外对风电的鼓励政策
世界风电发展史表明, 一个国家风电产业的发展, 在很大程度上取决于政府对发展风电实施的政策。这是因为风电的社会效益 (节能、环保) 远高于其经济效益 (发电成本较高) , 具有明显的外部性。若无优惠政策, 电网不愿意高价收购风电场所发的电力, 风电投资就会减少, 风电设备产业就无法通过规模效应而迅速降低风电的建设成本。2003年, 由于丹麦政府削减了风电补贴, 导致新上风电装机大幅下滑。德国是上世纪90年代以来世界上风电发展最为迅猛的国家 (它同时也是光伏发电发展最快的国家) , 原因之一是它的政策较为优惠。各国情况如下[3]。
(1) 德国:①对每台售出并发电的机组, 提供给制造商不超过5万马克 (同时不超过机组价格的60%) 的资金补贴。②政府对风电投资者进行直接补贴。如选用每台450k W~2000k W机组, 则每千瓦补贴120美元, 并提供低息贷款。
(2) 美国:实施优惠的税收减免政策, 优惠电价, 并推行“绿色电价”, 拨专款支持科研和制造单位进行科学研究等。
(3) 印度:政府提供10%~15%装备投资补贴, 用抵扣所得税补贴开发商, 5年免税。
(4) 西班牙:1994年引入的法律要求所有电力公司在五年期间保证为绿色环保电力按补贴价格支付, 其运作的方式与德国的强制购电法相类似。
(5) 中国:①2003年, 国家发展与改革委员会开始推行【风电特许权项目】, 主要内容包括:政府通过公开招标选择投资商, 承诺最低上网电价者中标 (2005年改为电价权重占40%) ;风电特许权专案特许权为25年;省电网公司要按照与中标人签订的购电合约收购风能项目全部电量;风电与常规电源价差在省电网分摊 (2006年起在全国分摊) ;项目执行两段制电价, 第一段电价执行期为风电累计上网电量在等效负荷30, 000小时以内, 执行中标人的投标电价;第二段电价执行当时电力市场中的平均上网电价。②2005年7月, 国家发展与改革委员会要求风电场建设所使用的风电设备国产率必须达到70%以上, 不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设。③2006年1月1日, 【中国可再生能源法】正式实施, 明确对再生能源开发和利用的支持。④2007年6月, 国务院通过【可再生能源中长期发展计划】, 目标为2010年可再生能源消费达到能源消费总量的10%, 2020年达到15%, 针对风电的具体目标为:2010年风电总装机容量达到5, 000MW, 2020年达到30, 000MW。
2 结语与展望
通过以上分析与比较, 得出以下结论。
(1) 随着全球经济的迅速发展, 常规能源的日益枯竭, 燃料生产成本中环境成本、健康成本和社会成本的计入, 以及我国2008年奥运会“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的口号提出, 风能的利用和发展必将得到巨大的鼓舞和推动。
(2) 近期发生在日本的地震, 无疑是对世界能源应用的警示, 对能源发展方向的导向, 而风能的应用成为对世界最为有利、有益的能源之一。核能一直以来都是以其极大的能量被广泛的研究、应用, 核能发电站更是在世界各地广泛存在, 但日本的地震引发出了对核能不慎应用的潜在隐患, 必将“走出核能时代”。风力发电的发展存在其可行性与必然性。
(3) 21世纪是高效、洁净、安全、经济可持续利用能源的时代, 世界各国都在向此方向发展, 都把能源的利用作为科研领域的关键允以关注。而通过历史的筛选, 及近年来全球新能源的发展动向, 我们可以看出风能将成为能源开发的重要角色, 而风电也将随之得到极大的发展。
(4) 并网型大功率风电机组控制系统中风力机模拟系统设计、发电机控制技术、并网技术、桨矩角控制技术和系统监控等关键技术的解决将有助于我国风电产业的国产化和大容量风电系统自主知识产权的建立。
摘要：日本地震的发生, 无疑是对世界能源应用的警示, 对能源发展方向的导向, 风力发电作为一种清洁可再生绿色能源日益受到世界各国的重视, 本文主要介绍了国内外风力发电的现状, 阐述了我国风力发电发展的特点, 分析了各国风力发电政策以及风电发展的前景。
关键词：风力发电,现状,前景
参考文献
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[2] 易跃春.风力发电现状、发展及市场分析[J].国际电力, 2004, 8 (5) .
风力发电系统研究论文范文第6篇
1.1 利用风能是世界能源结构转变的重要内容
风能取之不尽, 用之不竭, 是非常重要的一种洁净的可再生能源, 是人类能源结构转变中一个非常重要的部分。而我国传统的煤炭和石油资源并不多, 所以更应进行可再生能源的利用开发。风力发电是目前利用风能的重要形式, 也是多种可再生能源利用技术中比较成熟的一种。当今世界上风力发电正以30%的年增长率速度发展, 如德国风电比重已超过发电总容量的40%, 发电量2.5×1010kW/h, 首次超过水电的2.1×1010kW/h。我国在2006年1月1日《可再生能源法》正式生效。我国风能资源丰富, 可开发利用约2.5×108kW, 然而至今风电所占比重还不到1%。
1.2 海上风电与陆上风电相比的优势
风力发电场分为陆地和海上两种。海上风电场以它更多的优势, 备受新能源开发商的青睐。与陆上风点场相比, 海上风电场有以下优势: (1) 高风速、低风切变。由于海水面十分光滑, 与陆地表面相比, 粗糙度较小, 摩擦力也较小, 因此, 风速较大, 风速、风向及风切变 (及风速随高度的变化) 的变化也较小; (2) 低湍流。海上风湍流强度小, 具有稳定的主导风向, 机组承受的疲劳负荷较低, 风机寿命更长; (3) 高产出。海上风电场允许安装单机容量更大的风机, 高者可达8MW~10MW;由于对噪音要求较低, 更高的转速比及电压可获取的能量更高。 (4) 陆地风电场的年利用时数为2000h, 最高也不过2600h, 而海上风电场可达3000h。
1.3 我国急需大力发展海上风电
目前, 海上风电场的开发大部分在欧洲的丹麦、德国、荷兰、英国、瑞典、爱尔兰等国家。据专家预计, 到2010年和2020年, 欧洲海上风电总装机容量将分别达到1000万kw和7000万kw。2007年11月28日, 地处渤海辽东湾的中国首座海上风力发电站正式投入运营;我国首座、也是亚洲首座海上风力发电场——东海大桥风电场首批3台机组从2009年9月4日21时15分起正式并网发电, 2010年6月34台3MW风机全部并网发电。这标志着我国海上风力发电产业稳稳走出了第一步。到2020年, 我国风电装机容量将达20000MW, 国产化率将达85%, 其中50%将建于海上, 造价应降至5000元/kW。所以可看出, 目前我国的海上风力发电才刚刚起步, 离要求还有很大距离, 急需大力发展。
1.4 地基基础结构是海上风电的关键技术
制约我国海上风电场建设的因素很多, 主要是由于海上的恶劣施工环境造成的海上风电场的巨大投资成本。
高耸建筑物基础工程对整个建筑物的安全和寿命有着举足轻重的影响, 海上风机基础结构具有海洋结构工程、高耸结构基础、动力设备基础和复杂软土地基等4种特性, 各种特性的组合增加了基础设计的难度, 再加恶劣的海上工作环境等因素, 使得基础结构成为了风电投资中主要的成本风险。在满足安全的前提下, 如何降低成本且施工方便, 又成为基础结构设计的关键技术难题。因此, 基础结构对开发海上风电场的重要性自然不言而喻了。
根据欧洲己建成的海上风电场数据显示, 在海上风电场中, 以地基基础为主体的支撑结构占初始资本投资的25%左右, 电网连接成本占初始资本投资的20%左右, 比陆上风电项目高得多;风电机组占初始资本投资的50%左右, 与陆地上的差不多。可以看出, 海上风电场建设中基础结构在投资成本中占有较大的比重。
调查海上风力发电机组损坏主要原因的比例后发现, 发电机组由于支撑结构原因而损坏的比例最大, 达到了18%, 这也从另一方面说明支撑结构设计在整个机组设计中的重要地位。
2 海上风电桩基础承载性能
就目前发展情况来看, 海上风电地基基础从结构型式上可分为5种基本类型:单立柱结构、三桩腿结构、四桩腿结构、重力式结构、浮式结构。其中, 前三种属于桩基础结构。
欧洲是发展海上风电最早、最多的地区, 调查欧洲从1990年到2010年有代表性的海上风电场24座, 其中基础结构型式为桩基础的占到20座 (离岸0.35km~25km, 水深2m~45m) , 占总数的83%。我国东海大桥风电场的基础也是高桩结构。应用桩基础的最大水深一般为80m左右。重力式结构、浮式结构目前很少被采用, 因为重力式结构的成本太高, 虽然应用浮式结构的水深可达900m, 但现在世界上风力发电场的水深基本还在45m以内, 大规模使用浮式结构还需要相当长的一段时期。因此, 目前及以后一段时间内, 应用和研究海上风力发电的基础结构主要应该是桩基础。所以, 海上风电基础的主要研究对象是桩基础, 更确切地说, 就是以桩基础为主体, 包含塔架和海底地基的支撑结构体系, 简称桩基础支撑结构体系。
从前面的分析知, 海上风力发电的成本中以地基基础为主体的支撑结构占初始资本投资的25%左右, 因此, 大力发展比较经济的基础结构是海上风电场研究开发的主要课题, 由于风机成本一定, 而那么如何设计一个能满足技术条件并且能有效减少成本的支撑结构将成为课题研究的重点方向, 即应研究海上风力发电中桩基础支撑结构体系的经济性问题, 这就涉及到结构的优化。从前面的分析也发现, 发电机组由于以地基基础为主体的支撑结构原因而损坏的比例最大, 达18%, 因此, 我们应研究桩基础支撑结构体系在风、波浪等周期性荷载作用下的承载性状。将塔架、桩基础、海底地基看成一个体系即桩基础支撑结构体系, 主要研究该结构体系在海上各荷载作用下的结构优化、动力响应和疲劳问题。该研究能为我国海上风力发电的加快发展及其既经济又安全的运营提供指导和依据, 具有重要的理论意义和实际价值。
摘要：本文经分析认为地基基础结构是海上风电的关键技术, 应加强桩基础支撑结构体系在风、波浪等周期性荷载作用下的承载性状方面的研究。