基于新能源发电风力发电技术的探讨 孟令峰

基于新能源发电风力发电技术的探讨 孟令峰
基于新能源发电风力发电技术的探讨 孟令峰

基于新能源发电风力发电技术的探讨孟令峰

摘要:随着社会主义的经济快速发展,工业的发展壮大为其做出了巨大贡献,

但是为此也付出了相应的代价,环境状况和能源短缺问题日益突出,亟待解决,

新能源的开发能实现可持续发展战略的需求解决能源消耗问题以及整合能源结构,本文主要探讨的新能源发电,对比过去传统的煤、天然气、石油发电,风力发电

实现了能源的可再生,也不会对环境造成污染破坏,得到了世界各国的大力研发

和推广使用,风力发电技术也日趋成熟,相对风力发电的电机组装机容量变大,

攻克了风力发电中的缺点问题,促进了风力发电的稳定快速的发展。

关键词:新能源;风力发电;技术探讨

现如今,世界各国对于环境问题和能源损耗问题日益关注,之前为了经济发展,导致环境受到破坏,能源损耗过大,因此,新能源的研发和发展对与我国的

可持续发展有着重要的且不可替代的作用,可再生资源已经受到了世界各国的关注,风能作为新能源中发展比较成熟且目前相对技术比较稳定先进的存在,对各

国风能转化发电奠定了基础。

风能转化为发电,也就是风力发电,其是将风能转化为机械能,机械能进而

转化成电能的整体过程。加上我国风能资源比较丰富,可借助风力涡轮机和控制

系统将风能换成机械能发电机及其控制系统,进而将机械能转化为电能。风力涡

轮机在整个风力发点系统中直接影响了其性能和效率。目前风力发电机变桨距功

率控制技术和发电机变速恒频发电技术属于较为先进的发电技术,是目前乃至未

来风力发电技术的发展趋势。

一、目前风能的相关现状

我国相对来说属于风能资源较为丰富的国家,风能的储量约为4.83x109MW,主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至南部沿海地带以及岛屿上,比较适

合安装风力发电装置,补充能源发电,进而实现新能源风力发电的覆盖面积扩大。

二、目前风力发电的优缺点

1.风力发电的缺点

目前风力发电存在的问题一是对电网的冲击较大,二是对于电能的储存存在

浪费,实际用电和风能发电量不匹配。因此,采用风机变桨,减少了对电网的冲击,另外,由于风能发电的电波不是标准的正弦函数波形,这也是对电网承载力

的一个考验,加之,风力发电装置都比较大,运输和安装存有一些难度。

2.风力发电的优点

风能资源属于可再生资源,且对环境不会存在污染破坏,是相对来说比较安

全可靠的新能源发电技术,建设的周期一般较短,可实现安装一台运转一台,对

于土地的占有率低,全部设备总占风电场约1%,剩余还可进行农、牧使用,运

行简单,可实现无人值守等等,对于我国实现新能源发电起到了促进作用。

三、风力机的功率调节技术

对于风力发电系统,目前的关键核心是如何控制风力机的功率调节,一旦出

现超过额定风速,就会对风力发电设备造成不必要的损坏,影响机械工作,就需

要减少风力机对于风能的捕获,使其功率保持在额定值左右,确保风力机的正常

运转。现如今,对于风力机进行功率调节的方式主要有定桨距失速调节、变桨距

调节和主动失速调节。

1.定桨距失速控制

对于风力机调节功率方式中的定桨距失速控制,其是将固定螺距风机叶片与

小型风力发电机的构造原理

小型风力发电机介绍 一,小型风力发电机的使用条件 小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m/s以上,全年3-20m/s有效风速累计时数3000h以上;全年3-20m/s平均有效风能密度lOOW/m2以上。在选择使用风力发电机时,要做到心中有数,避免盲目性,这样才能充分地利用当地的风力资源,最大限度地发挥风力发电机的效率,取得较高的经济效益。 应该指出的是,在风力资源丰富地区,最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上,还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明,风轮的转换功率与风速的立方成正比,也就是说,风速对功率影响最大。例如,在当地最佳设计风速为6m/s的地区,安装一台额定设计风速为8m/s的风力发电机,结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42%,也就是说,风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高,那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出,风力发电机额定设计风速偏低,其风轮直径、电机相对要增大,整机造价相应也就加大.从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。 二,小型风力发电执使用的一般要求 目前,小型风力发电机都采用蓄电池贮能,家用电器的用电都由蓄电池提供。所以,用电时总的原则是,蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说,蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题:某地区使用了一台风力发电机,额定风速输出功率为IOOW,假设,该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h,则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%,则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有: (1)15W灯泡两只,使用4h,耗能为120Wh; (Z)35W电视机一台,使用3h,耗能为105Wh; (3)15W收录机一台,使用4h,耗能为60Wh。 以上总耗能为285Wh。 这样,用电器日总耗能比风力发电机所能提供的能量超出了5Wh,也就是出现了所谓的“入不付出”用电;这种入不付出的用电,将会使蓄电池处在亏电的状态下工作。如果经常长时间地这么用电,将会使蓄电池严重亏电而损坏,缩短其使用寿命。 上例,是假定风力发电机在额定风速状击下的用电情况,而实际上,由于风的多变性,间歇性,风既有大小的不同(风速)又有吹刮时间长短的不同(风频)。所以,在使用用电器时要做到风况好时可适当多用电,风况差时少用电。这就需要用户在使用时认真总结经验。 另外,有条件的地区和用户可备一台千瓦级的柴油发电机组,当风况差的时候给蓄电池补充充电,做到蓄电池不间断地供电。 三,小型风力发电机的合理配套

家用小型风力发电系统的初步设计

2015年度本科生毕业论文(设计) 家用小型风力发电系统的初步设计 院-系:工学院 专业:电气工程与其自动化 年级:2011级 学生姓名: 学号: 导师与职称: 2015年6月

2015 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The preliminary design of small household wind power generation system Department:Electrical Engineering and Automation Major:Institute of Technology Grade:2011 Student’s Name:Xu Yun Dong Student No.:2 Tutor:The lecturer Hua Jing Finished by June, 2015

摘要 风能作为一种清洁的可再生能源正逐渐受到了人们的重视,风力发电也成为了时下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立风力发电系统的设计方案,对风力发电机组的结构和电能的变换与继电控制电路做了初步的研究。 本论文首先介绍了课题的目的和意义,综述了国内外风力发电的发展概况,简要概括了风力发电相关技术的发展状况,论述了常见小型风力发电系统的基本组成和各部分的作用,同时对本论文的系统方案做了简要的概括,着重分析了整流电路与Buck降压电路的配合,蓄电池充放电继电保护以与电能输出的有效性等。还引入了市电切换电路,作为在发电机故障或蓄电池电量不足的情况下为负载供电。为了使能量的利用达到最大化,本系统还引入了并网电路。所以本论文设计的小型风力发电机组不但适合偏远的地区,也适合市区家庭使用。 本文提出的解决方案为:风力传动装置带动三相永磁交流发电机,然后通过AC—DC—DC—AC变换为交流电,并且考虑到风力的不稳定性,在系统中并入蓄电池组和稳压器,通过继电控制电路的监控以实现系统的自动控制,同时并入市电投切,保证系统在风能充足时可蓄能,在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。 本论文的重点在于继电控制电路的设计,并对各种不同风力情况下系统的运行状况进行了全面而严谨的分析。 关键词:小型风力发电机组;整流:逆变;继电控制:蓄电池

风力发电机及风力发电控制技术综述 姜礼龙

风力发电机及风力发电控制技术综述姜礼龙 发表时间:2019-06-11T17:39:57.053Z 来源:《电力设备》2019年第1期作者:姜礼龙 [导读] 摘要:风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源,风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统,它直接关系到风力发电的性能与效率。 (我是国华(科左中旗)风电有限公司内蒙古通辽 028000) 摘要:风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源,风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统,它直接关系到风力发电的性能与效率。由于风能的能量密度低,具有不稳定性和随机性,控制技术是大型风力发电机组安全高效运行的关键。本文就风力发电的现状及风力发电机工作原理进行分析,着重探讨风力发电控制技术,提升风力发电经济效益。 关键词:风力发电;控制技术 随着我国经济发展有中低端迈向中高端的转型升级发展,更加各种清洁能源在经济社会发展中的作用、环保价值与开发前景。作为清洁可再生能源,风能的应用正在我国逐步推进。但是我国风能研究理论与应用技术落后于欧美国家。 1 风力发电的现状及原理 1.风力发电在能源开发企业中属于重点开发的项目。历经多年的发展,风力发电获得了较好的成绩。现阶段风力发电技术发展的现状较为良好。风力发电技术的单机容量近年一直在增加,能满足更多场合的发电需求。同时,风力发电技术需要投入较高的成本,日常运营过程中风力发电的运营费用却较少。另外,随 着能源公司规模的不断发展与扩大,整个发电行业中风能发电的占有比例也随之增大。从技术发展的层面进行分析我们不难发现,我国现有的市场经济环境中,风电企业从最开始的单存引进阶段到将国外的技术经过革新本土化后应用,最后到自主创新的阶段,当前已经有了基本的技术积累。尤其是兆瓦级机组在国内市场中的普及,更是标志着我国自主研发能力,已经进入了全新的阶段。 2.风力发电机的工作原理。风力发电机是将风能转换为机械能,机械能转换为电能的电力设备。它是一种以太阳为热源,以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风力发电机技术,大约是每秒三公尺的微风速度,便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。风力发电机因风量不稳定,故其输出的是13~25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。机械连接与功率传递:水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性,表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移,并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型。 2 风力发电控制技术 1.定桨距失速风力发电技术。定桨距风力发电机迈入风力发电市场是在20世纪80年代中期,其研制成功解决了发电机组的并网问题,运行安全可靠定桨距风力发电机主要是软并网技术、空气动力刹车技术、偏行与自动解缆技术三种技术的结合。定桨距风力发电机组的特点是桨叶与轮毅固定连接,在风速发生变化时,桨叶的迎风角度不发生变化结合桨叶翼型本身的失速特性,在风速高于额定值时,气流的功角就会达到失速状态,可使桨叶的表面的表面产生紊流,使发动机的效率降低来达到限制功率的目的,风力发动机的这一特性控制发电系统安全可靠,但是为了达到限制功率的目的,导致叶片重,结构复杂,机组的整体效率较低,所以说当风速达到某一限度时必须要停比使用。发电机转速是由电网频率限制,输出功率由桨叶本身性能限制,当风速比额定转速高时,桨叶能够通过失速调节功能将功率控制在额定值范围之内,其起到重大作用的是叶片独特的翼型结构,在遇到强风时,流过叶片背风面的气流产生紊流,降低叶片气动效率,影响能量捕获,产生失速失速是一个较为复杂的过程,在风速不稳定时,很难得出失速的效果,因此很少用来控制MW级以上的大型风力发电机。 2.变桨距风力发电技术。从空气动力学角度考虑,当风速过高时,可以通过调整桨叶节距、改变气流对叶片攻角,改变风力发电机组获得的空气动力转知,以保持稳定的输出功率采用变桨距调节方式,风机输出功率曲线平滑,在阵风时,塔筒、叶片、基础受到的冲击较失速调节型风力发电机要小,可减少材料使用率,降低整机重量它能自动调节叶片桨距角度,适应不同风况下功率的调节,特别是使得在接近额定风速附近得功率曲线充实,增加风力发电机的年发电量但其也有一定的缺点,即其需要一套复杂的变桨距机构,变桨距机构的设计要求对阵风的响应速度足够快,以减小由于风的波动引起的功率脉动同时,变桨距执行机构及液压驱动系统较复杂,运行可靠性难以有效保证,其成本也较高。 3.主动失速、混合失速发电技术。主动失速。混合失速发电技术是上述两种技术的组合低风速时采用变桨距调节可提高气动效率,使桨距角向减小的方向转过一个角度,增大相应的攻角,加深叶片的失速效应,从而限制风能的捕获这种方变桨距调节不需要很灵敏的调节速度,执行机构的功率相对较小风力发电机组在超过额定风速(一般为14-16m/s)以后,由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制,必须降低风力机的能量捕获,使功率输出保持在额定值附近,同时减少叶片承受负荷和整个风力机收到的冲击,从而有效避免风力机受到损害这种调节将引起叶片攻角的变化,从而导致更深层次的失速,使功率输出更加平滑。 4.变速风力发电技术。风力发电机组分恒速恒频风力发电和变速恒频风力发电。变速风力发电技术是改变了风力机的恒速运动规律,可以根据风速的变化调整运行,保持恒频发电,当风速小时争取获得更大的风能,风速过大时调整储存转化能量,比恒速风力发电机组的实用范围更广泛。变速风力发电技术可以根据风速的变化保证恒定的最佳叶尖速比,低风速时尽量获取多的风能,以保证平稳输出;高风速时及时调整风轮转速储存能量,避免功率过大当风速变大风能变强时风轮可以吸收储存部分的风能,提高了传动系统的柔性,减轻了主轴承受的应力及扭知通过电力电子装置的作用,变速风力的风能转化为可以输入电网的电能,使风力机组安全平稳的运行,能量传输机构系统也平稳运行。 3 技术发展趋势展望 为提高风力发电效率,降低成本,改善电能质量,减少噪声,实现稳定可靠运行,风力发电将向大容量、变转速、直驱化、无刷化、智能化以及微风发电等方向发展: 1.风力发电机大型化。这可以减少占地,降低并网成本和单位功率造价,有利于提高风能利用效率。

风力发电机控制原理

风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统,具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程,最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词:风力涡轮机;双馈异步;永磁同步发电系统 概述: 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制,目前主要的两种控制方式是:双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前,我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性: 1,风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示: P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹(Betz)理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为:Cpmax=0.593。 2,叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态,用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量,称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下,输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看,对应于每个风速的曲线,都有一个最大输出功率点,风速越高,最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速,使得在所有风速下都工作于最大工作点,则发出电能最多,否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关,关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比,纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中,每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线,倾角越大,曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段,其中下降段是稳定工作段(若风速和倾角不变,受扰动后转速增加,l加大,Cp减小,涡轮机输出机械功率和转矩减小,转子减速,返回稳定点。)它是工作区段。在工作区段中,倾角越大,l和Cp越小。 3,变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速,而是根据转速信号控制,因为风速信号扰动大,而转速信号较平稳和准确(机组惯量大)。 三段控制要求: 低风速段N<Nn,按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率-转速曲线的最大值点,得到PTARGET=f(n)关系,把PTARGET作为变频器的给定量,通过控制电机的输出力矩,使风力发电实际输出功率P=PTARGET。图3是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与A2点,风速增大至V2后,由于惯性影响,转速还没来得及变化,工作点从A2移至A1,这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率,机组加速,沿对应于V2的曲线向A3移动,最后稳定于A3点,风速减小至V3时的转速下降过程也类似,将沿B2-B1-B3轨迹运动。 中风速段为过渡区段,电机转速已达额定值N=Nn,而功率尚未达到额定值P<Pn。倾角控制器投入工作,风速增加时,控制器限制转速升,而功率则随着风速增加上升,直至P=Pn。 高风速段为功率和转速均被限制区段N=Nn/P=Pn,风速增加时,转速靠倾角控制器限制,功率靠变频器限制(限制PTARGET值)。 4,双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图4,绕线异步电动机的定子直接连接电网,转子经四象限IGBT电压型交-直-交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率,随着转速变化而变化,变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频(50HZ)的转差功率,送至电网。由图4可知: P=PS-PR;PR=SPS;P=(1-S)PS P是送至电网总功率;PS和PR分别是定子和转子功率 转速高于同步速时,转差率S<0,转差功率流出转子,经变频器送至电网,电网收到的功率为定、转子功率之和,大于定子功率;转速低于同步转速食,S>0,转差功率从电网,

浅谈风力发电及其控制技术

浅谈风力发电及其控制技术 发表时间:2020-03-10T13:22:48.110Z 来源:《中国电业》2019年20期作者:黄晓芳[导读] 随着我国电力事业的快速发展,新能源的应用也日益成熟摘要:随着我国电力事业的快速发展,新能源的应用也日益成熟,文章主要以风力发电为基础,对我国风力发电现状进行分析,并探讨控制技术在其中的应用,结合实际情况提出几点建议。 关键词:风力发电;控制技术;风力技术;发电控制引言 近年来,我国风力发电事业迅猛发展,在理论研究和技术应用两方面都取得了较突出的成果。随着风力发电的广泛应用,风能的最大化利用成为当前研究的重要课题。风能的最大化利用关键在于风力发电机组的最大风能捕获以及与风电场内其他风力发电设备的合理配套,从而实现风能资源的优化利用。 1我国风力发电的产能现状我国地大物博,风场资源丰富,利用风能可发电量超过10亿千瓦,这些风力资源地区主要分布在地广人稀的地区,例如西北地区、华北、东北以及东南沿海部分地区。我国20世纪实现了对小型发电机的自主研发和批量生产,缓解和满足了农牧民和岛屿地区人们的用电需求。东部沿海地区风能资源丰富,目前许多重大的风力发电设备就主要建于东部沿海地区,如建于重大的跨海大桥周边,其他主要分布于风能较丰富的丘陵地区。当然,我国风电事业也不是一帆风顺的,前些年由于风电行业的无序发展导致一系列的问题,例如风机事故、弃风限电等问题。之后国家要求各地区相关部门在审核风电项目时,要向国家能源局提交申请,有效地遏制了地方政府无限制的风能资源开发,也解决了风能过剩的问题。近两年,部分经营不好实力较弱的风电企业也退出市场,我国风电行业走向成熟化,并实现稳定发展的业态。 2风力发电控制技术的应用 2.1风轮的控制技术 第一,利用功率信号的反馈进行控制。利用功率信号的反馈进一步控制风轮的功率信号,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。第二,对叶尖速比的控制。受到风力作用的影响,风轮中叶片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同一时间风速的比值。对叶尖速比进行控制的主要方法是控制叶轮的转速,从而进一步改善风机的运行系统。因为风速是不断变化的,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,从而更好地调整风轮外边缘的速度,使叶尖速比得到最优控制。 2.2自适应控制技术的应用 自适应控制技术是信息控制技术中的一种,其应用对业务理解要求比较高,将这项技术应用到风力发电机组控制系统中,可以对系统的各项性能情况进行分析并优化控制,确保各项控制参数的合理性及最优化。传统的风力发电机组控制系统需要构建参数模型来对各项参数进行调节,其对模型的完整性要求比较高。但是这类模型在工程实践转化过程中具有较大的难度,所以无法保证风力发电机组的控制效果。而自适应控制技术的合理应用可以对系统中各方面的变化情况进行实时掌握,并根据外界环境进行调整,具有明显的应用优势,提升风力发电机组的控制效率及发电性能。 2.3现代化的控制技术 风力发电中现代化的控制技术可以分为以下几种类型:鲁棒控制技术、变结构控制技术、智能控制技术以及自适应控制技术,风力发电机组控制系统中,以变结构控制技术为主,该技术运用广泛是因为具有很快的反应力、设计较为简单、实现难度不大;处理一些多变量问题时,鲁棒控制技术可以发挥出很好的作用,具有较强稳定性的鲁棒控制技术还能有效地处理好参数不准、建模出现误差或者物质系统受影响的问题;而智能控制技术最突出的方法是模糊控制,它无须过度依赖数学模型,只需凭借专家经验就能克服一些非线性因素带来的影响。目前,一套准确的风力发电机组被控对象数学模型的实现概难度很大,所以对风力发电机组进行控制的过程中,可以多使用模糊控制方法。 2.4风电无功电压自动控制技术 该技术主要是由多个系统共同参与实现风电场无功自动化控制的一种方法,具体包括风电场无功电压自动控制子站及相关的监控系统等。其中子站可作为模块集成到综合监控系统中,也可采用外挂的方法使其独立运行,其负责对风电场内设备的无功电压运行状态进行监视,利用通信线路将调节设备的无功电压控制指令发给相应的监控系统。监控系统的控制方式有两种,一种是远程控制,另一种是就地控制。在远控模式下,子站会自动对无功电压控制目标进行追踪,而在就地控制模式下,子站可按预先给定的并网点电压目标曲线进行控制。子站的运行及控制状态可以通过人工进行设置,同时,风电场内的各类控制设备可通过人工进行闭锁和解锁,设备的投退则可由系统自动控制。当电网处于稳定运行状态的条件下,子站能够对风电机组的无功调节能力进行充分利用,实现调节电压的目标,如果机组的无功调节能力不足,则会由动态无功补偿装置完成无功调节。此外,子站能够对风电机组的无功补偿状态进行协调,从而有效避免了不合理的无功输出。 3风力发电并网控制技术的发展策略 3.1做好谐波抑制措施 风力发电机组并网过程中,要提升其电能质量控制效果,并结合静止无功补偿器来有效抑制谐波危害问题,这种补偿器是用多台可投切电容器、电抗器和谐波滤波装置构成的,这一设备最大的特点是反应速度快,对于无功功率的变化能够实现实时跟踪。针对风速变化导致的电压变化也能够实现有效的调节,实现有效的谐波滤除,提升整体电网的电能供应质量。 3.2优化风能发电的输电结构 目前我国风力资源地区分布不均衡,必须加大对远距离电力传输装备和技术的研发力度。第一,要研发适合我国国情的远距离电力传输装备和技术,逐步解决我国不同地区风电资源分布平衡的问题;第二,要加大投资力度,全世界范围内引进优秀人才,让风力发电技术给风力资源匮乏地区带去便利和经济效益,与此同时,让环境欠发达地区享受风电资源带来的益处。通过发电与用电地区的分配平衡,将风能的利用率持续提升,减少对于化石燃料的依赖,减低污染性气体的排放,坚持走低碳环保路线,促进生态平衡。 3.3电压波动与闪变控制

浅谈风力发电技术的现状及发展前景

浅谈风力发电技术的现状及发展前景 摘要:主要介绍了风力发电机的主要组成、种类、我国风力资源的分布情况、发展前景、风力发电的优越性,以及我国风力发电亟待解决的问题。 关键词:风力发电;资源分布;风机的分类;发展前景 风能是一种可再生的清洁能源,近30年来,国际上在风能的利用方面,无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善,并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW,叶轮直径达到126m。今后,国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。 1 风力发电机的主要组成 1.1 小型风力发电机 小型水平轴风力机主要组成部分有:风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。 (1)风轮 风轮是风力机从风中吸收能量的部件,其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。叶片的结构形式多样,材料因风力机型号和功率大小而定,如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。 (2)发电机 在风力发电机中,已采用的发电机有3种,即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机,发出的交流电通过整流装置转换成直流电。 (3)塔架 塔架用于支撑发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增加而增加,塔架越高,风轮单位面积捕捉的风能越多,但造价、安装费等也随之加大。 (4)调向机构 垂直轴风力机可接受任何方向吹来的风,因此不需要调向机构。对于水平轴风力机,为了得到最高的风能利用效率,应用风轮的旋转面经常对准风向,需要对风装置。常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。 (5)限速机构 当风速高于风力机的设计风速时,为了防止叶片损坏,需要对风轮转速进行控制。 (6)贮能装置 贮能装置对独立运行的小型风力机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。 (7)逆变器 用于将直流电转换为交流电,以满足交流电气设备用电的要求。 1.2 大型风力发电机组 大型风力发电机组由两大部分组成:气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴,其功能是驱动发电机转子,将风能转换为机械能。电气部分包括异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网,其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。近年来,又研制成功了直驱式变速恒频风力发电机组(无增速齿轮箱)。 2 风力发电机的种类

小型家用风力发电市场可行性报告

小型家用风力发电市场可行性报告 1.过去 八十年代中后期,我国的小型风力发电机形成了规模化生产的能力,在内蒙古等偏远地区推广中小型风力发电机近二十万台, 中小型风力发电机所面对的自然环境极为恶劣,由于风受地面粗糙度和障碍物的影响很大,离地面高度越高,风速越稳定。而中小型风机受安装高度限制,而且不能远离用电者居住的地方,所以中小型风机是工作在风的紊流区域,风速风向的无规则频繁变化对风机的破坏性很大。 中小型风力发电机所能提供的能源有限,考虑到单位功率成本的因素,好的材料和先进的控制技术无法采用,可选择的材料和技术手段有限。长期以来,我国的小风机研制缺乏对小风机使用环境的研究,比较注重风机的性能测试数据,缺乏对风机在不同环境下进行运行考核的要求。 虽然我国的小型风力发电机技术标准做了调整和修改,但在对小风机的产品要求上还是按八十年代所订的风机标准来要求,一个最显著的特点就是要求风机的额定风速在6~8m/s,这是极不合理的。因为小型风力发电机受技术手段的限制,只能采用定浆距叶片,当风速大于额定风速时,风机的限速机构必须开始动作,否则就可能会烧毁发电机。风机限速后,输出功率急速下降,从而大大缩小了风机的有效工作风速范围。 以年平均风速4~5m/s的地区为例(这也是我国西北部偏远地区较普遍的风资源条件),下图为该地区全年风速的时表分布图和风能密度分布图。 相对于国际上通行的做法(将风机的额定风速定在10~13m/s的范围以体现对风能利用最大化的原则),我国的小风机额定风速定得低,主要是希望风机的有效工作时间长,较长时间满足用户的用电需求。这种考虑是有局限性的。风能和太阳能一样,是随机性很强的能源,而且能量密度低,希望风力发电机在任何条件下都能满足用户的用电要求是不现实的,要尽可能满足用户的用电要求,最好的办法是采用风光互补发电系统,而不是降低风机的额定风速。 中小型风机的额定风速定得低,主要有以下几方面问题:1)降低了风机的利用率:风力发电机的效率本来就不高,如果我们再把风能的有效利用区域限得很窄,不利于对风能的充分利用。2)增加了风机的成本和技术难度:风能是随风速的三次方成正比的,额定风速定得低,同等功率下风机的成本要高很多(我国小风机的重量是国外同功率产品的3~5倍)。风机处于限速状态的机率大,时间长,相应的产生故障的机会大,产品生产的技术难度大。3)与国际上同类产品的技术要求不接轨,丧失了国际市场上进行产品竞争的能力:太阳能热水器、太阳能光伏都是按较高的光照强度来考核的,为什么中小型风机一定要按低风速来考核?这显然是不合理的,这对中小型风机产业的发展不利。 此外,无论风力发电系统还是风光互补系统,都由控制系统和储能系统组成等配套产业组成,发电系统、控制系统、储能系统各自分家,是整合后系统稳定性差的根本原因,也是目前改行业的技术壁垒。使最终用户衡量考察中小型风力发电及风光互补新能源发电技术产生误差。独立各个系统都是合格的,在各种恶劣的自然环境下一整合系统就是劣质的,不是控制系统不当就是储能系统和发电系统配比不适合等,体现在用户面前的不仅仅是单一发电系统的发电效率、低风速启动、低风速储能、抗大风保护等,还涉及到控制系统的智能控制、低

风力发电及其控制技术研究 (2)

风力发电及其控制技术研究 风力发电是当前我国经济社会发展中,是具有代表性的一种环保型的发电方式,对于推动社会经济可持续性增长具有不可比拟的积极作用。本文以风力发电为切入点分析其现存问题,就提出具体的控制技术要点进行深入探究,旨在为相关从业人员积累更多的实践经验。 标签:风力发电;控制技术;发展前景 我国风力发电技术水平在不断提高,但是仍旧有许多问题亟待解决,所以要正视目前风力发電技术存在的问题,积极争取社会各方的支持,在原有的基础上不断突破创新,投入一定的资金,不断完善相关政策,从而实现风力发电技术的良性发展,让风力发电技术真正成为我国电力供应的主流技术。 1加强风力发电控制的重要性 由于自然风速度快慢及方向大小存在着明显差异性,客观上要求相关技术人员重视风力发电控制技术,例如:控制机组切入及切出电网、限制输出功率、检测风轮运行期间中各种故障予以保护等。近几年来我国风力发电控制技术日趋成熟,即由定桨距恒速运行技术向变桨距变速运行技术转变,基本达到预期的生产目标。从风力发电机组角度来看,以调节机组功率为核心技术之一,其调节方法可划分为变桨距调节、定桨距失速调节及主动失速度调节。目前我国风力发电机组基本实现变桨距变速运行,结合风速风向的变化情况基本实现脱网、并网及调向控制各个发电机组,充分发挥变距系统作用,控制机组转速及功率。 2当前我国风力发电技术存在的问题 2.1风力资源分布不均 我国的国土面积十分广阔,每个地区的自然环境也有着很大差异,所以不同地区的风力资源分布十分不均匀,这就给风力发电工作带来了一定的困难。目前我国风力发电影视工作呈现出了,东南沿海和西北内陆发达,中部落后的趋势,风力发电事业发展十分不均衡。 2.2产业结构不合理 风力发电技术在我国不断更新发展,单机容量不断扩充,目前已经取得瞩目的进步,但是当前整个行业的产业结构仍然缺乏完善性,在零部件生产和产品创新方面,大多数发电技术都已经取得良好成果,实现了经济效益,但在核心零件生产过程中,仍没有实现自主式创新和开发,电力企业在进行风力发电技术改造时,大部分设备都来源于国外,国内缺乏独立资助的研发团队,这也进一步导致风力产业结构发展失衡,所以,还需要进一步加速产业结构变革,促进产业结构转型,形成完整的、具有发展潜力的风力发电产业结构。

1.1.4 小型风力发电系统的技术特点[共13页]

第1章 离网风力发电系统的技术特点和运行条件 15 取决于它的设计是配合强风地带(配较大型发电机),还是配合弱风地带(配较小型发电机)。 发电机的额定输出功率是指发电机在额定转速下输出的功率。由于风速不是一个稳定值,因而发电机转速会随风速而变化,因此输出功率也会随风速变化。当实际风速低于设计风速时,发电机的实际输出功率将达不到额定值;当风速高于设计风速时,实际输出功率将高于额定值。当然,由于风力发电机的限速和调速装置及发电机本身设计参数的限制,发电机的输出功率不会无限增大,只能在某一范围内变动。 在风速很低的时候,风力机的风轮会保持不动。当到达切入风速时(通常为3~4m/s ),风轮开始旋转并牵引发电机开始发电。随着风力越来越强,输出功率会增加。当风速达到额定风速时,风力发电机会输出额定功率。之后输出功率会保持大致不变。当风速进一步增加,达到切出风速的时候,风力机会制动,不再输出功率,以免损坏。 风力发电机的性能可以用功率曲线来描述,如图1-4所示。功率曲线显示了在不同风速下(切入风速到切出风速)风力发电机的输出功率。为特定地点选取合适的风力发电机,一般方法是采用风力发电机的功率曲线和该地点的风力资料进行发电量估算。 图1-4 风力发电机功率曲线 3.风力发电机组的保护功能 风力发电机组应具备的保护功能或装置有:偏航、反向电磁制动、折翼保护、泄荷器。风力发电机的运行及保护需要一个全自动控制系统,它必须能控制自动启动、叶片桨矩的调节(在变桨矩风力发电机上)及在正常和非正常情况下停机。除了控制功能,还应具有监控功能,以提供运行状态、风速、风向等信息。该系统是以计算机为基础,除了小的风力发电机外,其控制及监测还可以远程进行。控制系统具有的主要功能如下。 ① 顺序控制启动、停机以及报警和运行信号的监测。 ② 偏航系统的低速闭环控制。 ③ 桨矩装置(如果是变桨矩风力发电机)快速闭环控制。 ④ 与风电场控制器或远程计算机的数据通信。 风力发电机的控制系统应能在恶劣的条件下,根据风速、风向对系统加以控制,使其在稳定的电压和频率下运行,并监视齿轮箱和发电机的运行温度、液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机。 1.1.4 小型风力发电系统的技术特点 一般把发电功率在10kW 级及以下的风力发电机称作小型风力发电机。小型风力发电机

家用小型风力发电机的功能介绍

家用小型风力发电机的功能介绍 一,小型风力发电机的使用条件 小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m/s以上,全年3-20m/s有效风速累计时数3000h以上;全年3-20m/s 平均有效风能密度lOOW/m2以上。在选择使用风力发电机时,要做到心中有数,避免盲目性,这样才能充分地利用当地的风力资源,最大限度地发挥风力发电机的效率,取得较高的经济效益。 应该指出的是,在风力资源丰富地区,最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上,还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明,风轮的转换功率与风速的立方成正比,也就是说,风速对功率影响最大。例如,在当地最佳设计风速为 6m/s的地区,安装一台额定设计风速为8m/s的风力发电机,结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42%,也就是说,风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高,那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出,风力发电机额定设计风速偏低,其风轮直径、电机相对要增大,整机造价相应也就加大.从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。 二,小型风力发电执使用的一般要求 目前,小型风力发电机都采用蓄电池贮能,家用电器的用电都由蓄电池提供。所以,用电时总的原则是,蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说,蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题:某地区使用了一台风力发电机,额定风速输出功率为IOOW, 假设,该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h,则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%,则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有: (1)15W灯泡两只,使用4h,耗能为120Wh; (Z)35W电视机一台,使用3h,耗能为105Wh; (3)15W收录机一台,使用4h,耗能为60Wh。 以上总耗能为285Wh。 这样,用电器日总耗能比风力发电机所能提供的能量超出了5Wh,也就是出现了所谓的“入不付出”用电;这种入不付出的用电,将会使蓄电池处在亏电的状态下工作。如果经常长时间地这么用电,将会使蓄电池严重亏电而损坏,缩短其使用寿命。 上例,是假定风力发电机在额定风速状击下的用电情况,而实际上,由于风的多变性,间歇性,风既有大小的不同(风速)又有吹刮时间长短的不同(风频)。所以,在使用用电器时要做到风况好时可适当多用电,风况差时少用电。这就需要用户在使用时认真总结经验。 另外,有条件的地区和用户可备一台千瓦级的柴油发电机组,当风况差的时候给蓄电池补充充电,做到蓄电池不间断地供电。 三,小型风力发电机的合理配套 小型风力发电机发出的电能首先经过蓄电池贮存起来,然后再由蓄电池向用电器供电。所以,必须认真科学地考虑,风力发电机功率与蓄电池容量的合理匹配和静风期贮能等问题。目前,小型风力发电机与蓄电池容量一般都是按照输入和输出相等,或输入大于输出的原则进行匹配的。即:100W风力发电机匹配120Ah蓄电池(60Ah2块);200W风力发电机匹配120-180Ah蓄电池(60或90Ah2 块);300W风力发电机匹配240Ah蓄电(120Ah2块);750W 风力发电机匹配240Ah蓄电池(120Ah2块);1000W风力发电机匹配 360Ah蓄电池(120Ah3块)。

风力发电机及风力发电控制技术研究

风力发电机及风力发电控制技术研究 摘要:基于对风力发电机及风力发电控制技术的研究,首先,阐述风力发电机 基本内容。然后,分析风力发电控制技术具有减少环境污染、减少能源消耗等重 要作用。最后,对风力发电控制技术进行分析,包括传统控制技术、智能控制技 术等。 关键词:风力;发电机;风力发电控制技术 社会的快速发展带来的是,环境污染、能源消耗、资源浪费等一系列问题。此类 问题的出现,对人们生活质量与生活水平的提升会产生很大影响。实现人类与环 境的和谐发展与共同进步,我国针对环境污问题、能源资源浪费问题,出台各种 政策条例,将发展清洁能源作为重点与关键。因此,风能以及风力发电受到更多 人的重视与关注,无论是风力发电机,还是风力发电控制技术,都得到进步与完善。所以,本文将针对风力发电机及风力发电控制技术相应内容进行阐述。 1、风力发电机基本概述 风力发电在缓解能源危机中发挥着不可替代的作用,因为风力发电具备可再生、 清洁等优势,在全世界范围内得到重视与关注(如图一)。传统风力发电机的类 型有很多,比如,有刷双馈异步发电机、垄型异步发电机等。垄型异步发电机在 实际工作过程中,要对电容器进行合理应用,使用电容器的主要原因就是无功补偿。垄型异步发电机同步转速,相较附近的恒速转速要高,在垄型异步发电机运 行期间,可以使定桨距失速方式。有刷双馈异步发电机在应用过程中,促使功率 变化器的功率降低。同步发电机其转速相对较低、轴向尺寸较小,因此,可以将 其应用在启动力矩较大的电机并网中,这样可以将同步发电机的作用与价值发挥 出来。在如今社会快速发展背景下,使得风力发电机也得到一定完善与创新,比如,目前使用较为广泛的永磁无刷同步发电机、永磁同步发电机以及无刷双馈异 步发电机等。在这其中无刷双馈异步发电机的自身优势较为明显,比如,结构较 为简单、有着较强裹在能力,有着较高的运行效率,运行的可靠性与安全性能够 得到保障。将传统标准型的双馈电机运行中存在的问题在最大程度上弥补,具有 垄型异步发电机优点。不同风力发电机都有着自身优势与特点,因此,对于不同 风力发电机都要有正确认识,这样才能达到良好风力发电效果。 2、风力发电控制技术的重要作用 风力发电控制技术应用的重要作用主要体现在以下几点中:(1)在风力发电中,通过对风力发电控制技术的科学合理应用,使得风力发电控制技术的应用范围与 推广范围得到拓展。在一定程度上,缓解我国能源紧张与能源压力问题,减少对 资源的消耗。提升工作质量与工作效率,促使风力发电能够在我国得到更好发展,同时推动风力发电能够朝着智能化与现代胡方向进步。(2)特别是在大型风力 发电控制工作中,将风力发电控制技术优势发挥出来[1]。可以减少对土地资源的 占用,系统运行功率也将会得到提高。变桨距以及变速恒频技术的优化与完善, 将规模局限性问题更好解决。特别是在对直驱技术的应用中,可以节约更多风力 发电费用成本,提升资源利用率。通过该种方式,可以创造更多经济效益、社会 效益以及生态效益,防止对周围环境造成破坏。 3、风力发电控制技术分析 3.1传统控制技术

小型风力发电机基本常识

小型风力发电机基本常识 1.小型风力发电机一般都由那几部分组成的? 小型风力发电机部件很多,但一般都是由5部分组成的: 一是风轮,由二个或多个叶片组成,安装在机头上,是把风能转化为机械能的主要部件。 二是机头,主要是发电机和安装尾翼的支座等,它能绕塔架中的竖直轴自由转动。 三是尾翼,它一般装于机头之后,是用来保证在风向变化时,使风轮正对风向,现在也有不带尾翼的垂直轴发电机。 四是塔架,是支撑机头的构架,它把风力发电机架设在不受周围障碍物影响的空中。 五是控制系统,是用来控制发电机的输入输出和发电机工作状态的。 2.如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机? 如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机,其中是大有学问。首先,要看生产风力发电机的厂家。目前国内许多所谓的风力发电机生产厂家只是采购一些部件进行简单的组装,各部件之间根本不配套,故发电效率相对较小,故障也比较多,缺乏必要的科研能力,产品很难更新换代,还有一些厂家为了追求高利润.不惜偷工减料.其生产的发电机很难达到其标定的功率.更有一些产品经销商偷梁换柱.所以消费者在先购风力发电机时,一定要找正规的生产厂家.一般有能力有规模的生产厂家其产品大都配套齐全.其有较强的研发能力,其产品质量也都符合国家标准。

特别要查对电机的参数:(最好是拿几个厂家的对比就会很明显) 主要技术参数包括:起动风速,额定风速,额定电压,最大功率,额定功率,额定转速等。 其次用户要根据自已的使用要求和风力条件。选择相对应的风力发电机.比如在内地,由于风较小,更应选择一些功率小的发电机,因为他更容易被小风量带动而发电,特续不断的风,会比一时狂风更能供给较大的能量,而大功率的发电机.在小风的环境下动很难高效率的发电,甚至根本就无法发.这样,如果用户用电量大.可以选购几台小功率的发电机并联使用.其效果较购一台大功率的发电机效果好得多或者使用太阳板构成风光互补供电系统效果更稳定。同时,用户在选购风力发电机时还要注意以下几点:查看装箱单,数数配件是否齐全;用手转动一下各个转动部分,看是否转动灵活。 3.发电机的具体安装地点? 小型风力发电机安装场址的选择非常重要。性能很高的风力发电机,假如没有风,它也不会工作,而性能稍差一些的风力发电机,如果安装场址选择得好,也会使它充分发挥作用。关于小型风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素,原则上,在一年之中极强风及紊流少的地点应算最好,但有时很难选出这样的地点。 一般本着这样的原则: 第一风能丰富,年平均风速越大越好,其大体上数字是:年平均风速3m/s以上,3-20m/s有效风速累计时效3000h以上,全年3一20m /s平均有效风能密度100W/m2以上。只要能满足这个条件,小型

国内外风力发电技术的现状与发展趋势_田德

2007.01 Renewable Energy Industry 51 风能是一种可再生的清洁能源。近30年来,国际上在风能的利用方面,无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善,并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW,叶轮直径达到126m。截止2005年世界装机容量已达58,982MW,风力发电量占全球电量的1%。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一,其总装机容量居世界第8位,2005年新增装机容量居世界第6位。今后,国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。 1 引 言 风是最常见的自然现象之一,是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”,流动空气具有的动能称之为风能。因此,风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织(WMO)和中国气象局气象科学研究院分析,地球上可利用的风能资源为200亿kW,是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW,海上可利用的风能是陆地上的3倍,50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍,风能资源非常丰富。 风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一[1]。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水,而且还有风力致热、风帆助航等。因此,开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力,从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。在本文中,将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。 2 风力发电基本知识 2.1 风能的计算公式 空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为A,则当风速为V的风流 经叶轮时,单位时间风传递给叶轮的风能为 其中:单位时间质量流量m=ρ AV 在实际中,式中: PW—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能,即风能功率,W; Cp—叶轮的风能利用系数; ?m—齿轮箱和传动系统的机械效率,一般为0.80—0. 95,直驱式风力发电机为1.0;?e—发电机效率,一般为0.70—0.98;?—空气密度,kg/m3; A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积,m2; V—风速,m/s。 田 德 (内蒙古农业大学新能源技术研究所,呼和浩特 010018) 国内外风力发电技术 的现状与发展趋势

相关文档
最新文档