幾種常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其特點(diǎn)

摘 要：隨著我國(guó)能源的消耗，我國(guó)能源的數(shù)量也不斷地減少，特別是不可再生能源，因此我國(guó)能源就要朝著開發(fā)可再生能源的方向進(jìn)行發(fā)展。故此本文就對(duì)可再生能源——風(fēng)力進(jìn)行了相關(guān)的研究，對(duì)我國(guó)幾種常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了以下的分析。

關(guān)鍵詞：恒速；變速恒頻；變速

為了更好地提高對(duì)風(fēng)能的利用效率，保證我國(guó)的能源供給，本文就對(duì)恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變速失速型發(fā)電機(jī)組、變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的分析。

1 恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)

恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是我國(guó)最為常用、也是應(yīng)用最為廣泛的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，恒速風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組主要是有風(fēng)力機(jī)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)、電容組、軟起動(dòng)裝置、變壓器等組成。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，顧名思義，使用該發(fā)電機(jī)組能夠很好地保證發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行的速度，而發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行速度主要是有機(jī)組的極數(shù)和齒輪箱決定的。在恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成構(gòu)件中，不同的構(gòu)件所起到的功能是不同的，如雙速發(fā)電機(jī)能夠保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)以兩種速度運(yùn)行，提高發(fā)電機(jī)組的輸出功率；軟起動(dòng)裝置則能夠控制好發(fā)電機(jī)在切入和切出的過程中的沖擊電流；電容器則能夠?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供無功補(bǔ)償。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要擁有組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投入成本低、控制方式簡(jiǎn)單以及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此才能在我國(guó)廣泛應(yīng)用。但是在使用過程中，恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)也具有以下的缺點(diǎn)：第一，需要借助電容器來進(jìn)行無功補(bǔ)償；第二，在輸出電能的時(shí)候，其輸出的功率波動(dòng)幅度較大；第三，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)葉要求較高；第四，穩(wěn)定性較高，一旦出現(xiàn)失速的情況，將無法保證電能的輸出功率。

2 變速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

變速失速型發(fā)電機(jī)主要是通過改變槳的距角，進(jìn)而使得風(fēng)葉剖面的攻角發(fā)生變化，從而達(dá)到迎合風(fēng)速變化的目的。因此，變速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠結(jié)合風(fēng)速的高低來進(jìn)行調(diào)整，在風(fēng)速較低的時(shí)候，能夠更加充分地利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功能，在風(fēng)速較高的時(shí)候，借助改變?nèi)~片剖面的攻角來調(diào)整葉片的氣動(dòng)性能，進(jìn)而起到調(diào)速的作用。變速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有同步發(fā)電機(jī)、全功率變頻器、直流側(cè)電容器等等組成，變速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有3種運(yùn)行模式，分別是起動(dòng)狀態(tài)、欠功率狀態(tài)以及額定功率狀態(tài)。在不同狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)組的變槳距是不一樣的，在起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)組的變槳距是定值，而且是由轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行控制的；在欠功率的狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)的變槳距是和定槳距發(fā)電機(jī)組相同的；在額定功率狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)組的變槳距是由功率進(jìn)行控制的。

變速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠很好地提高風(fēng)力的利用率，當(dāng)風(fēng)力處于低速的時(shí)候，變速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠結(jié)合風(fēng)速的變化，通過調(diào)整葉尖的速度來獲得最大的風(fēng)能；當(dāng)風(fēng)力處于高速的時(shí)候，變速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也能夠很好地結(jié)合風(fēng)速的變化來儲(chǔ)存和釋放能量，從而保證發(fā)電機(jī)組的性能，保證穩(wěn)定地輸出功率，從而提供更高品質(zhì)的電力。除了優(yōu)點(diǎn)外，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)也存在著缺點(diǎn)，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組的投入成本較高，特別是變頻器的造價(jià)高，而且在使用過程中，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的損耗也大，對(duì)于相關(guān)的技術(shù)要求也高，因此即使變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠很好地提高風(fēng)力的利用率，但是卻未能在我國(guó)進(jìn)行廣泛地使用。

3 變速恒頻雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)

變速恒頻雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一種，主要是有風(fēng)力機(jī)、感應(yīng)機(jī)齒輪箱、直流側(cè)電容器等組成。因?yàn)殡p饋式的發(fā)電機(jī)的定子能夠直接與電網(wǎng)進(jìn)行連接，而且雙饋式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠借助VSC變頻器的幫助來連接到電網(wǎng)中，因此變速恒頻雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行范圍是比較廣泛的，并且能夠?qū)崿F(xiàn)與電網(wǎng)之間的雙向能量傳輸。變速恒頻雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的傳輸方向是由發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度決定的，當(dāng)發(fā)電機(jī)的速度處于次同步的速度時(shí)，能量就由定子流向轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機(jī)的速度時(shí)處于超同步的速度時(shí)，能量是由轉(zhuǎn)子流向電網(wǎng)。

因?yàn)樽兯俸泐l雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一種，因此變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)也具有變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地提高風(fēng)能的利用率，除此之外，變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)還具有以下5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性高，因?yàn)樽兯俸泐l雙饋式發(fā)電機(jī)可以通過控制轉(zhuǎn)子的電流來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)差、無功功率以及有功功率；第二，變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)不需要無功補(bǔ)償裝置，從而有效地降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的成本投入；第三，變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)能夠很好地降低發(fā)電機(jī)組在輸出功率時(shí)的波動(dòng)以及機(jī)組的機(jī)械應(yīng)力；第四，由于變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)中變頻器的容量在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定容量中所占的比例較低，大約只占1/4，因此能夠很好地降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的投入以及風(fēng)電機(jī)在運(yùn)行過程中的損耗；第五，能夠很好地保證電能的質(zhì)量，提高電力的穩(wěn)定性和安全性，因?yàn)樽兯俸泐l雙饋式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠控制功率的因數(shù)。在我國(guó)，變速恒頻雙饋式發(fā)電機(jī)主要是應(yīng)用在大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，因?yàn)樽兯俸泐l雙饋式發(fā)電機(jī)的價(jià)格比較高，而且控制的方式也比較復(fù)雜。

綜上所述，本文一共闡述了3種常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型，也分析不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在選擇相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的時(shí)候，應(yīng)該結(jié)合不同類型發(fā)電機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而選擇更加經(jīng)濟(jì)、適合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

參考文獻(xiàn)

[1]劉軍，何玉林，李俊，等.變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略改進(jìn)與仿真[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，（5）：82-86.

[2]李衛(wèi)東，丁鈞，孫樵.幾種常見風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對(duì)比分析[A].中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì)2013年度論文集（上）[C].2013：4.

[3]方日升，溫步瀛，江岳文.變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)頻控制策略研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2014，（4）：40-46.

（作者單位：中廣核風(fēng)電有限公司內(nèi)蒙古分公司）