风力发电技术发展与系统结构分析

1 引言

　　在全球能源危机与环境问题日益凸显的背景下，世界各国纷纷加速发展风力发电等可再生能源，相关技术迅猛进步。我国风电装机容量亦呈现快速增长，从传统的失速型到变速恒频风电系统，从齿轮箱到直接驱动型风电系统，技术迭代不断加快。为了提升风能利用效率、降低成本，风电机组大型化成为技术发展趋势，变速变桨距调节技术成为兆瓦级以上大型风电机组的关键特征。在现有的变速恒频风电系统中，双馈感应发电机（dfig）的市场份额*大，而永磁同步发电机（pmsg）的直驱型系统发展势头迅猛。随着风电装机容量的增加，其对电网的影响日益显著，各国纷纷制定新的并网规则，我国亦将出台类似规定。

　　本文从三种典型风电系统入手，包括失速型、双馈和永磁直驱变速恒频风电系统，分析了当前风电系统结构，并对风力发电机进行了讨论。此外，还介绍了风力发电与电网接口的风电变流器，以及随着风电机组单机容量增加，大功率多电平变流器的应用趋势。针对风电系统发电机、变流器和低电压穿越能力等方面，介绍了不同风电公司的相关产品与技术。

　　2 几种典型风力发电系统

　　风力发电系统根据发电机转速可分为失速型和变速恒频型，变速恒频型又分为双馈型和直驱型。根据传动链组成，可分为有齿轮箱和直接驱动型。安徽皖南电机本文从以下几种典型风力发电系统出发进行讨论。

　　图1展示了一种典型的失速型风力发电系统，包括多级齿轮和鼠笼型感应发电机。皖南电机该系统结构简单，可靠性高，成本较低，但效率低，无法向电网提供无功支持。

　　图2展示了典型的双馈型变速恒频风力发电系统，包括多级齿轮、双馈感应发电机和背靠背双pwm变流器。该系统运行范围广，能够实现*大风能捕获，提高风能利用效率，但在电网故障时对dfig影响较大。

　　图3展示了典型的永磁直驱型变速恒频风力发电系统，包括永磁同步发电机和全功率背靠背双pwm变流器。该系统省去了齿轮箱，提高了系统效率，降低了机械噪声，但永磁材料成本较高。安徽皖南电机

　　3 风电系统发电机类型

　　本文针对不同类型的风电系统，介绍了相应的发电机类型。

　　针对失速型风电系统，vestas公司提出了优化滑差的概念，采用绕线转子感应发电机（wrig）。

　　针对双馈型风电系统，可以采用无刷dfig（bdfig）。皖南电机价格表

　　针对永磁直驱型风电系统，可以采用电励磁同步发电机（eesc）。

　　4 风电变流器

　　本文介绍了风电变流器在风力发电与电网接口中的重要作用，以及大容量多电平变流器的应用趋势。

　　5 风电低电压穿越及无功支持

　　本文介绍了风力发电在电网故障时的应对措施，包括低电压穿越（lvrt）和无功支持等功能。

　　6 结束语

　　本文从多角度介绍了风力发电的相关技术，包括风力发电机型、发电机类型、风电变流器、风电低电压穿越与无功支持等。随着我国风电事业的快速发展，相关技术的研究与应用将不断深入。