風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢

    風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（WECS）是沒有完善發(fā)展的電力技術(shù)的主流。風能技術(shù)僅僅是從25年前才取得重大進步。今天的風力發(fā)電機是二十年的技術(shù)發(fā)展形成的。除了模塊化和快速安裝，風力發(fā)電機看起來越來越像發(fā)電站。一個風力發(fā)電機的發(fā)電量與是二十年前的同等設(shè)備的200多倍(歐洲風能協(xié)會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。如今，風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)這項成熟的技術(shù)仍然有重要的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

    1風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)技術(shù)上的問題

    各種風力發(fā)電機組的有關(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)計和控制。WECS可以按速度控制和功率控制能力來分類，這就導致風力發(fā)電機組的類別有了發(fā)電系統(tǒng)（速度控制）和在額定功率之上為了限制氣動力效率而引入的方法（功率控制）的區(qū)別。

    速度控制標準將WECS分為兩種：恒速風力發(fā)電機和變速風力發(fā)電機；而按功率控制能力WECS分為三類：失速控制風力發(fā)電機，變槳距控制控制風力發(fā)電機和主動失速控制風力發(fā)電機。

    1.1恒速WECS

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

    1.2變速WECS

    變速風力發(fā)電機是目前最常用的WECS。與恒速風力發(fā)電機相比，它具有很多優(yōu)勢。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)化運行更加靈活。當然，這是以電力電子變流器的使用為代價的，它們是發(fā)電機和電網(wǎng)之間的連接裝置。實際上，正是由于電力電子變流器，使得變速操作成為可能。在實現(xiàn)更高的風能普及水平方面，由變速操作提供的高可控性是一個功能強大的優(yōu)勢（Srensen等，2005年;HansenandHansen，2007年）。

    變速操作允許風力發(fā)電機在最高氣動力效率下不斷調(diào)整其轉(zhuǎn)速（加速或減速）。設(shè)計恒速風力發(fā)電機時，是在一種風速下實現(xiàn)最大的氣動力效率，而變速風力發(fā)電機可以在一個很寬的風速變化范圍內(nèi)實現(xiàn)最大氣動力效率。此外，變速運行可以為了實現(xiàn)不同的目標而采用先進的控制策略，例如減少機械應(yīng)力，減少噪聲。

    功率控制能力指的是風力發(fā)電機的氣動力性能，特別是在功率限制運行范圍內(nèi)。所有的風力發(fā)電機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)而減少氣動力效率。隨著風速的增加，旋翼氣動力“自然”的驅(qū)動機艙內(nèi)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。這種方法的關(guān)鍵在于葉片輪廓的特殊設(shè)計。此設(shè)計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力特性。這一功率控制方法的缺點是：由風力引起了較高的機械應(yīng)力，隨著空氣密度和電網(wǎng)頻率的變化，協(xié)助啟動和最大穩(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。風能技術(shù)僅僅是從25年前才取得重大進步。今天的風力發(fā)電機是二十年的技術(shù)發(fā)展形成的。除了模塊化和快速安裝，風力發(fā)電機看起來越來越像發(fā)電站。一個風力發(fā)電機的發(fā)電量與是二十年前的同等設(shè)備的200多倍(歐洲風能協(xié)會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。如今，風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)這項成熟的技術(shù)仍然有重要的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

    1風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)技術(shù)上的問題

    各種風力發(fā)電機組的有關(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)計和控制。WECS可以按速度控制和功率控制能力來分類，這就導致風力發(fā)電機組的類別有了發(fā)電系統(tǒng)（速度控制）和在額定功率之上為了限制氣動力效率而引入的方法（功率控制）的區(qū)別。

    速度控制標準將WECS分為兩種：恒速風力發(fā)電機和變速風力發(fā)電機；而按功率控制能力WECS分為三類：失速控制風力發(fā)電機，變槳距控制控制風力發(fā)電機和主動失速控制風力發(fā)電機。

    1.1恒速WECS

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

    1.2變速WECS