風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)

    風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（WECS）是沒有完善發(fā)展的電力技術(shù)的主流。風(fēng)能技術(shù)僅僅是從25年前才取得重大進(jìn)步。今天的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是二十年的技術(shù)發(fā)展形成的。除了模塊化和快速安裝，風(fēng)力發(fā)電機(jī)看起來越來越像發(fā)電站。一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量與是二十年前的同等設(shè)備的200多倍(歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)2005)。但是低功耗WECS并沒有因此而失去它的重要性，它仍然是孤島發(fā)電、微電網(wǎng)系統(tǒng)、分布式發(fā)電等的研究熱點(diǎn)。如今，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)這項(xiàng)成熟的技術(shù)仍然有重要的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

    1風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)技術(shù)上的問題

    各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有關(guān)概念在過去十年中一直變化。最主要的區(qū)別在于電氣設(shè)計(jì)和控制。WECS可以按速度控制和功率控制能力來分類，這就導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類別有了發(fā)電系統(tǒng)（速度控制）和在額定功率之上為了限制氣動(dòng)力效率而引入的方法（功率控制）的區(qū)別。

    速度控制標(biāo)準(zhǔn)將WECS分為兩種：恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)；而按功率控制能力WECS分為三類：失速控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，變槳距控制控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)和主動(dòng)失速控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

    1.1恒速WECS

    恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組行業(yè)的先鋒。它們簡單，可靠、電器零部件成本低。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用感應(yīng)發(fā)電機(jī)，直接連接到電網(wǎng)。這使得不論風(fēng)速的大小，為了于電網(wǎng)頻率保持一致，電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速基本上保持恒定。

    1.2變速WECS

    變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前最常用的WECS。與恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，它具有很多優(yōu)勢(shì)。首先最重要的是，發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)頻率之間的解耦使得控制和優(yōu)化運(yùn)行更加靈活。當(dāng)然，這是以電力電子變流器的使用為代價(jià)的，它們是發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的連接裝置。實(shí)際上，正是由于電力電子變流器，使得變速操作成為可能。在實(shí)現(xiàn)更高的風(fēng)能普及水平方面，由變速操作提供的高可控性是一個(gè)功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)（Srensen等，2005年;HansenandHansen，2007年）。

    變速操作允許風(fēng)力發(fā)電機(jī)在最高氣動(dòng)力效率下不斷調(diào)整其轉(zhuǎn)速（加速或減速）。設(shè)計(jì)恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，是在一種風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)最大的氣動(dòng)力效率，而變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以在一個(gè)很寬的風(fēng)速變化范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大氣動(dòng)力效率。此外，變速運(yùn)行可以為了實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)而采用先進(jìn)的控制策略，例如減少機(jī)械應(yīng)力，減少噪聲。

    功率控制能力指的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣動(dòng)力性能，特別是在功率限制運(yùn)行范圍內(nèi)。所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都具有某種功率控制功能。

    1.3失速控制WECS

    功率控制最簡單的形式是在在高風(fēng)速下沒有改變?nèi)~片的幾何形狀通過利用失速效應(yīng)而減少氣動(dòng)力效率。隨著風(fēng)速的增加，旋翼氣動(dòng)力“自然”的驅(qū)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。這種方法的關(guān)鍵在于葉片輪廓的特殊設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)在額定功率附近提供了攤位效應(yīng)，而且沒有不期望的氣動(dòng)力特性。這一功率控制方法的缺點(diǎn)是：由風(fēng)力引起了較高的機(jī)械應(yīng)力，隨著空氣密度和電網(wǎng)頻率的變化，協(xié)助啟動(dòng)和最大穩(wěn)態(tài)功耗的值并沒有變化。

    1.4變槳距控制WECS和主動(dòng)失速控制WECS

    另一種控制功率的方法是改變槳距角從而改變?nèi)~片的幾何形狀。

    風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（WECS）是沒有完善發(fā)展的電力技術(shù)的主流。風(fēng)能技術(shù)僅僅是從25年前才取得重大進(jìn)步。今天的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是二十年的技術(shù)發(fā)展形成的。除了模塊化和快速安裝，風(fēng)力發(fā)電機(jī)看起來越來越像發(fā)電站。一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量與是二十年前的同等設(shè)備的200多倍(歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)2005)。但是低功耗WECS并沒有因此而失去它的重要性，它仍然是孤島發(fā)電、微電網(wǎng)系統(tǒng)、分布式發(fā)電等的研究熱點(diǎn)。如今，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)這項(xiàng)成熟的技術(shù)仍然有重要的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

    1風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)技術(shù)上的問題

    各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有關(guān)概念在過去十年中一直變化。最主要的區(qū)別在于電氣設(shè)計(jì)和控制。WECS可以按速度控制和功率控制能力來分類，這就導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類別有了發(fā)電系統(tǒng)（速度控制）和在額定功率之上為了限制氣動(dòng)力效率而引入的方法（功率控制）的區(qū)別。

    速度控制標(biāo)準(zhǔn)將WECS分為兩種：恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)；而按功率控制能力WECS分為三類：失速控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，變槳距控制控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)和主動(dòng)失速控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

    1.1恒速WECS

    恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組行業(yè)的先鋒。它們簡單，可靠、電器零部件成本低。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用感應(yīng)發(fā)電機(jī)，直接連接到電網(wǎng)。這使得不論風(fēng)速的大小，為了于電網(wǎng)頻率保持一致，電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速基本上保持恒定。

    1.2變速WECS