风力发电技术综述
风力发电技术综述范健（上海发电设备成套设计研究院，上海，200240）摘要：风力发电是风能利用的主流形式。
在全球性能源危机和提倡保护大气环境的今天，风力发电正作为可再生能源中技术最成熟、最环保的发电方式之一，在世界各国得到大力发展。
介绍了风力发电与传统发电方式相比的优势和特点，阐述了风力发电系统的原理及其中的双馈风力发电机单机组的控制方法，最后简单说明了目前大规模风电系统接入电网遇到的问题和发展的方向。
关键词：风力发电；双馈风力发电机；控制方法；故障穿越A Summary of Wind Power SystemsFan Jian(Shanghai Power Equipment Research Institute，Shanghai，200240)Abstract: Wind power generation is a major form of the use of wind energy resources. In present situation of global energy crisis and advocating protecting atmosphere environment, wind power generation is greatly developed by many countries as one of most mature and environmental protection power generation which using renewable energy technology. The advantages and features of wind power generation comparing with traditional power generation are introduced. The principle of wind power generation is described as well as the control method of doubly-fed wind generator. Finally, there is a simply introduction about the problems in large-scale wind power system accessing to the power grid and its development direction.Key words: wind power; doubly-fed wind generator; control method; fault ride-through1 风力发电的优势和特点现代社会，火力发电是最传统的发电方式，它占有着全球70%以上的发电容量，但是火电使用的煤炭等能源是不可再生的，在本世纪中叶就即将消耗殆尽，同时火电燃烧排放的气体也极大地污染着我们的大气。
于是随着全球环保意识和对能源濒临枯竭的危机感不断加强，上个世纪末，世界各国政府纷纷开始制定新的能源政策，将发展的重点放在了水能、核能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等新型可再生能源上。
这些新的政策正改变着电力行业的格局，使电力行业在可持续发展的能源工业中得到了新的机遇，同时在如何高效率应用这些新型能源上不断挑战自我。
这其中风力发电技术在八十年代中期以来受到普遍重视，欧美各国纷纷开始研制自己的风力发电系统，风力发电机的功率逐步从500KW上升到2MW，其中丹麦、德国和美国的风力发电与风能利用技术相对成熟。
随着现代科学技术的飞速发展，特别是将空气动力学、材料科学和大功率电力电子技术的最新成果应用于新型风电机组的开发研制，风力发电在这短短的一二十年里有了长足的发展。
1981-1992年间，全球风电机组装机容量以每年65%左右速度稳步增长，1992年增加到2650MW。
1995年，全球风力发电新增装机容量1300MW，比1994年增加35%。
到1996年，世界风机总容量已超过5000MW。
在我国，随着我国国民经济持续快速增长，我国的用电负荷和用电量与日俱增，由于传统火电的发展并不能跟上经济发展的需求，电力供应紧张的局面一年比一年加剧。
并且煤炭等化石能源的过度使用，不仅使资源濒临枯竭，还造成了严重的环境污染。
所以我国政府也开始大力发展清洁能源发电技术，主要集中在水电、核电和风电这三大比较成熟的发电技术上。
对于水电来说，它受很大的地域限制，而核电由于难以处理核废料，所以也有利有弊。
风能则是一种清洁绿色、可再生的能源，对环境几乎无污染，适合大规模发展、可以大大缓解我国目前的能源紧缺问题并改善能源结构，减少对火电的依赖性。
如今的风力发电正逐步走向规模化和产业化，大型并网风力发电场成为风力发电的主流。
随着风力发电在电网中的比例越来越大，风力发电成为除水力发电以外最成熟、最具可开发性的一种可再生能源发电方式。
大力发展风力发电，对减少大气污染、发展替代能源、促进社会经济发展都有重要的意义。
2 风力发电的方式及其原理目前的风力发电主要有以下两种方式：定桨距恒速恒频和变桨距变速恒频。
而目前的发展趋势是从定桨距恒速恒频向变桨距变速恒频逐渐过渡。
这是因为：一、从定桨距到变桨距可以提高风能的采集、利用程度，使其在额定点具有较高的风能利用系数（风能利用系数：W m P P C /P =；m P—通过桨叶旋转面积的功率，W P —风力发电机吸收输出的机械功率），改善输出功率特性，提高起动性能和制动性能；二、从定速到变速可以使风机在低风速时保持最佳叶尖速比（桨叶尖线速度与风速之比：νωλ/R =；R —桨叶半径，ν—风速，ω—桨叶旋转角速度）来获得最大风能俘获；在高风速时，利用风轮储存或释放能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。
vv 0PP 额变桨距方式定桨距方式图1 定桨距风力发电机效率曲线如图1所示，定桨距风机在过了额定功率后，为了保护风机，风轮转速变慢，运行效率下降。
而此时变桨距风机通过变桨，可以提高其运行效率。
2.1 定桨距恒速恒频方式定桨距恒速发电一般采用的是笼型异步电机，其转速基本上保持恒定，波动较小。
这种方式不需要复杂的同步调速装置，但风轮的叶尖速比随风速变化，难以达到最高的风能转换效率。
发电时桨叶通过涡轮机拖动异步发电机转动，转速略超过同步转速后，转差率s 和转矩e T 变负，电机工作于发电状态。
随风速变化，定桨距风机通过调整桨叶角β来控制输出功率和转速。
输出有功小于额定值时，β一直保持零值；输出有功一旦超过额定值，倾角控制才起作用，使得输出有功保持在额定有功值。
定桨距恒速发电适合用于小功率，通常不大于800kW 。
2.2 变桨距变速恒频方式由于只有在特定的叶尖速比下，风能的利用系数才最大，则在每一特定风速下，风轮在一定转速时才能得到最大功率输出。
所以为了要在各种风速下都能获得最大风能，发电机必须变速运行。
在各种风速下最大功率点的连线称为最佳功率曲线：3opt mK P ω= 150020001000500转速（rpm ）输出风能（KW ）1020304050606789101112风速(m/s)最佳功率曲线P opt图2 风力发电机的最佳功率曲线变桨距变速发电采用同步发电机或双馈发电机发电，然后通过电力电子变换器，使电机接入恒频、恒压电网发电。
变速恒频发电的类型有：1） 交—直—交变换方式（直驱式）图3 交—直—交变换方式如图3所示这种方式，一般采用永磁同步发电机。
工作时发电机输出频率和电压随转速变化的交流电，经一台单象限IGBT 电压型交直交变频器调频后直接接入恒压、恒频电网。
所以这种方式的特点是变频器是全功率的，即发电机的全部电功率都通过变频器。
2）交流励磁方式（双馈式）图4 交流励磁方式这种方式由绕线式异步发电机、变频器和控制环节组成，其定子绕组直接接入电网，转子采用三相对称绕组，经双向电压源变频器与电网相连，给发电机提供交流励磁，励磁频率即为发电机的转差频率，通过可控变频器对转子的输入频率、幅值、相位调控，进行交流励磁发电，所以这种异步发电机又称交流励磁发电机或双馈发电机。
双馈系统的特点是变频器中仅流过转差功率。
双馈方式中的控制环节通过对励磁电流的频率进行控制，可以使发电机在变速运行时，发出的电流始终保持在工频输出，有利于并网运行。
同时，双馈风力发电机组用齿轮箱变速驱动发电机，能够对风机转速精确调整，从而在相当宽的范围内跟踪最优叶尖速比，使风轮保持在最佳叶尖速比状态下运行，风能利用系数接近最大值，获得更多的能量，功率输出相对平稳。
双馈发电机目前是风力发电机的主流机型。
与鼠笼式转子的异步发电机相比，双馈发电机需要增加双馈调节控制系统，包括励磁变压器、逆变器、测速运算器、微处理控制器等装置。
一般兆瓦级以上的风力发电机均采用双馈发电机。
同时，通过IGBT控制的电压源变频器与电网相连，其中IGBT在四象限运行，模块采用PWM 技术，输出正弦波电压，保证发电机电压和频率不受转子速度的影响，通过桨距角调整与变频器控制相结合，风机能够在次同步速、同步速和超同步速3种运行状态中自由切换。
2.3 双馈式风力发电机控制策略图5 单机组控制系统的组成如图5所示，双馈式风力发电机控制环节由风力发电控制和变换器这两大部分组成。
其中风力发电控制部分的作用是发出输入转矩与输出转矩指令，控制发电机调速，完成最大功率的跟踪。
变换器部分的作用是按主控命令控制发电机的阻力转矩和恒定发电机的输出频率。
变换器控制系统控制转子绕组经变频器进行交流励磁，提供转差功率，达到变速下输出恒频电能的目的。
sfff±=21当发电机转速n <同步速1n时，s>0，发电机处于亚同步发电状态，变频器进行正序低频交流励磁，变频器向转子绕组输入功率。
当发电机转速n >同步速1n时，s<0，发电机处于超同步发电状态，变频器进行负序低频交流励磁，转子绕组向变频器输入功率。
当发电机转速n =同步速1n时，s=0，发电机处于同步发电状态，变频器进行直流励磁。
3风力发电对电网的影响和解决方法3.1 风力发电对电网的影响及各国对风电的要求由于风力发电存在间歇性，对风力预测难度大以及风电机组本身的运行特性，使得风电机组的输出功率是波动的，有可能造成电压偏差、电压波动和闪变、谐波以及周期性的电压脉动，所以风力发电的电能质量不高。
对于大量风电存在的系统，因为大量小惯量的风电机组代替了常规同步发电组，系统的暂态稳定性也发生了变化。
另外，系统故障时，风电机组可能因为电压、电流越限或转速越限导致保护动作，使风电机组解列，系统将遭受更大的冲击，对系统稳定性不利。
风力发电技术总结
风力发电技术总结随着环保意识的不断提高和能源危机的严峻形势，可再生能源已经引起全球各国的广泛重视，其中一项重要的可再生能源技术就是风力发电技术。
风力发电技术是一种利用风能将风能转化为电能的电力发电技术，具有清洁、可再生、低成本等优点，是未来发展方向的一个重要组成部分。
本文将对风力发电技术的原理、发展历程、应用领域、优点与不足进行总结。
一、风力发电技术原理风力发电技术是一种利用风能进行发电的技术，其原理是通过风能将风轮带动发电机运转，将机械能转化为电能，最终输出可用电源。
其基本结构包括风轮、发电机、塔架及电站控制系统等多个部分。
风轮是将风能转换为机械能的核心部位，风轮可分为直流风轮和变桨风轮两类，直流风轮一般采用三叶片，转动更平稳；而变桨风轮可根据风速的变化进行转速和转向的调控，能够在更大范围内适应风速的变化。
发电机负责将机械能转换成电能，直流发电机和交流发电机都可以应用于风力发电中，现在大部分的机组已经采用了三相交流同步发电机。
塔架是风轮和发电机的支撑结构，通常采用钢管制造。
电站控制系统由电站监视系统、电能控制系统和保护系统三个组成部分构成，负责监视电站运行状况、控制风轮和发电机的运行以及保护电站设备避免损坏等。
二、风力发电技术发展历程风力发电技术的起源可以追溯到公元2000年之前的中国汉代。
随着工业革命的兴起，风力发电技术也逐渐开始应用于工业领域。
最早的风轮发电机是由挪威农民思德巴克先生制造的，20世纪30年代，美国人理查德·瓦利曼发明了第一台风力发电机组，并迅速实现了商业化运营。
1970年代中国开始研制风力发电技术，到了1980年代，丹麦成为了风力发电技术的世界领先者，机组功率不断增长，横跨世界各洲。
1991年1月1日，德国的74家风力涡轮机厂家联合组建了风力涡轮机制造协会。
20世纪90年代，风力发电技术得到了飞速发展，尤其是在欧洲和北美洲等地区，全球风力发电年发电量已经达到了150亿千瓦时，占全球电力供应的1.5%。
风力发电的技术综述
风力发电的技术综述随着社会经济的全面发展，在当今社会能源中，煤炭、天然气等一些传统的能源正在大量的减少，这些都属于不可再生能源。
人们开始逐步探索新型能源物质，找出可以去到这些传统能源的新能源。
就风能来说，属于一种潜力比较大的新能源。
到目前为止，很多国家都对风力发电有了一個比较清醒的认识。
本文主要对风力发电的技术进行了简要分析。
标签：风力发电;原理;技术引言：近年来，我国经济飞速的发展，在整体经济发展的同时，能源也在不断地快速消耗，随着我国对能源需求不断提高，特别是对于电力需求的增长，使我国电力事业需要不断的加强供电工作，提高供电能力，保证我国发展的基础能源需求。
风力发电技术目前较为成熟，具有很好的商业化前景，在目前传统能源紧缺的情况下，风力发电受到了极大关注。
一、风力发电的原理风力发电的原理，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，驱动发电机发电。
最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成。
空气流动的动能作用在叶轮上，推动叶轮旋转，将动能转换成功、机械能，叶轮的转轴与发电机的转轴相连，带动发电机发电。
20世纪，现代风机增加了齿轮箱、偏转系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。
齿轮箱可以将很低的风轮转速变为很高的发电机转速，同时也使得发电机易于控制，实现很稳定的频率和电压输出。
偏航系统可以使风轮扫掠面总是垂直于主风向，风轮沿水平轴旋转，以便产生动力。
在变桨距风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心旋转，以便适应不同的风况。
在停机时，叶片尖部甩出，以便形成阻尼，液压系统就是在调节叶片桨距、阻尼、停机、刹车等状态下使用。
控制系统是现代风力发电机的神经中枢，现代风机是无人值守的：风机的控制系统根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网，对出现的任何异常进行报警，必要时停机。
从风力发电的原理中不难看出，风力发电与风能是密切相关的，因此只有对风能的深入理解，才能更好地理解风力发电技术，在风力发电投入运行之前及运行过程中，不得不考虑风速、风能、风速等级与风速频率、风向等等关于风的因素，因为风具有一定的多变性和不定性，随时都发生着变化，但也不是没有规律可循，因此对风的环境的关注分析是必不可少的。
海上风力发电技术综述
海上风力发电技术综述1 概况风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。
由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。
欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕。
我国东部沿海水深50 m以的海域面积辽阔，而且距离电力负荷中心（沿海经济发达电力紧缺区）很近，随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源。
海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高，综合来看，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同。
海上风电场的发电成本与经济规模有关，包括海上风机的单机容量和每个风电场机组的台数。
铺设150MW海上风电场用的海底电缆与100MW的差不多，机组的大规模生产和采用钢结构基础可降低成本。
目前海上风电场的最佳规模为120～150MW。
在海上风电场的总投资中，风电机组占51%、基础16%、电气接入系统19%、其他14%。
丹麦电力公司对海上风电场发电成本的研究表明，用国际能源局（IEA）标准方法，按目前的技术水平和20年设计寿命计算，估测的发电成本是0.36丹麦克朗(人民币0.42元或0.05美元)/kWh。
如果寿命按25年计算，还可减少9%。
海上风电场的开发主要集中在欧美地区，其发展大致可分为5个不同时期：①1977～1988年，欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究；②1990～1998年，进行欧洲级海上风电场研究，并开始实施第1批示计划；③1991～1998年，开发中型海上风电场；④1999～2005年，开发大型海上风电场和研制大型风力机；⑤2005年以后，开发大型风力机海上风电场。
2 海上风环境一般说来海上年平均风速明显大于陆地，研究表明，离岸10km的海上风速比岸上高25%以上。
2 1 风速剖面图海面的粗糙度要较陆地小的多，因此风速在海平面随高度变化增加很快，通常在安装风机所关注的高度上，风速变化梯度已经很小了。
《2024年多时空尺度的风力发电预测方法综述》范文
《多时空尺度的风力发电预测方法综述》篇一摘要：随着能源结构转型和清洁能源需求不断增长，风力发电作为可再生能源的重要组成部分，其预测技术成为了研究的热点。
本文综述了多时空尺度的风力发电预测方法，包括不同时间尺度的预测模型、主要影响因素、存在的问题及挑战，并探讨了未来可能的研究方向。
一、引言风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的应用。
然而，风力的不稳定性和间歇性给电网的稳定运行带来了挑战。
因此，准确预测风力发电的出力对于电力系统的优化调度、电网平衡以及风力发电场的经济运行至关重要。
多时空尺度的风力发电预测方法正是在这样的背景下提出的，其目的在于适应不同时间尺度的预测需求，为电力系统提供更加准确和全面的风力发电预测信息。
二、多时空尺度风力发电预测概述多时空尺度的风力发电预测方法主要涉及不同时间尺度的预测模型。
这些模型通常包括短期预测（如分钟级、小时级）、中期预测（日级、周级）和长期预测（月级、季度级）。
每种时间尺度的预测都有其特定的应用场景和需求。
三、主要预测方法与技术1. 短期风力发电预测：基于数值天气预报模型和风场实测数据，结合机器学习算法进行短期风速和功率的预测。
主要技术包括支持向量机、神经网络等。
2. 中期风力发电预测：主要利用历史数据和统计方法进行预测，如时间序列分析、灰色预测等。
这些方法能够捕捉到风速和功率的长期变化趋势。
3. 长期风力发电预测：通常基于气候模型和大气环流模型进行预测，能够提供关于未来一段时间内风力发电趋势的预测信息。
四、影响因素及挑战1. 影响因素：风速的时空分布特性、气象因素（如温度、湿度、气压等）、地形地貌等都是影响风力发电预测的重要因素。
此外，电力系统的运行状态和需求也会对预测结果产生影响。
2. 挑战：多时空尺度的风力发电预测面临的主要挑战包括数据的不确定性、模型的复杂性以及计算资源的限制等。
此外，如何将不同时间尺度的预测结果进行有效融合，提高预测的准确性和可靠性也是一个重要的研究方向。
风力发电及其技术发展综述
风力发电及其技术发展综述
风力发电是利用风能转换成电能的一种清洁能源技术，随着全球对可再生能源需求的增长，风力发电技术在过去几十年中得到了快速发展。
风力发电的主要优势包括可再生、环保、资源丰富、成本低、零排放等特点，因此备受关注。
风力发电技术的发展主要包括以下几个方面：
1. 风机技术：风机是风力发电系统的核心部件，风机技术的发展主要包括风机设计、材料技术、制造工艺等方面的提升，旨在提高风机的效率、降低成本、延长使用寿命。
目前，随着技术的进步，风机的容量和高度不断增加，风机的效率也在不断提高。
2. 风场规划：风力发电系统通常由多台风机组成一个风场，风场的规划对风力发电系统的运行效率和经济效益具有重要影响。
风场规划主要包括选址、风能资源评估、风机布局、输电线路布置等内容。
3. 储能技术：风力发电受天气条件限制，因此储能技术对风力发电系统的稳定运行非常重要。
目前，储能技术主要包括电池储能、压缩空气储能、飞轮储能等多种形式，这些技术的发展可以提高风力发电系统的可靠性和稳定性。
4. 智能化控制技术：智能化控制技术对风力发电系统的运行管理和维护具有重要作用，包括远程监测、故障预测、自动化运行等方面。
总的来说，风力发电技术在过去几十年中取得了长足的进步，未来还将继续在风机技术、风场规划、储能技术、智能化控制技术等方面取得进一步发展，为清洁能源领域的发展做出更大贡献。
风力发电及其技术发展综述
风力发电及其技术发展综述风力发电是一种在全球范围内广泛使用的可再生能源技术。
本文将全面深入地探讨风力发电技术的发展历程、现状、前沿领域以及未来发展趋势。
我们将介绍风力发电的基本原理、关键技术、应用场景，以及研究方法和展望。
风力发电是利用风能转化为电能的过程。
风能是一种广泛存在的自然能源，具有清洁、可再生等特点。
随着全球对环境保护和可持续发展的日益重视，风力发电技术在世界范围内得到了大力推广和应用。
陆地风电技术：陆地风电是风力发电的主要形式，其技术发展相对成熟。
然而，由于陆地风电的资源有限，且受到地形、气候等因素的影响，其发展面临一定的瓶颈。
目前，研究方向主要是提高风电机组的效能和可靠性，降低其成本。
海洋风电技术：海洋风电是风力发电的新兴领域，具有丰富的资源和发展潜力。
海洋风电技术需要解决的关键问题包括风电机组固定技术、电力传输技术以及海洋环境对风电机组的影响等。
智能电网：智能电网是风力发电的重要应用领域。
通过智能电网技术，可以实现风能与其他能源的互补，提高电力系统的稳定性。
太阳能：风能和太阳能都是清洁能源，具有很大的发展潜力。
太阳能和风能联合发电系统可以大大提高可再生能源的利用效率。
潮汐能：潮汐能是一种具有很大开发潜力的海洋能源。
风力发电和潮汐能联合开发系统，可以充分利用两种能源的特点，提高能源利用效率。
风力发电技术的研究方法主要包括文献调研、统计分析、案例研究和仿真模拟等。
研究人员需要充分了解国内外的研究现状和发展趋势，结合实际应用需求，提出针对性的研究方案和发展策略。
风力发电技术在全球范围内得到了广泛应用和认可，是实现可持续发展和环境保护的重要手段。
然而，目前风力发电技术的发展仍面临一些挑战，如资源有限、成本较高、技术瓶颈等。
未来，随着科技的进步和创新，风力发电技术的发展将朝着更高效能、更低成本、更广泛应用的方向发展。
同时，随着可再生能源的日益重视和大力发展，风力发电技术在智能电网、太阳能、潮汐能等领域的拓展将更加深入。
风力发电技术综述
风力发电技术综述引言随着人们对可再生能源的关注度不断增加，风力发电作为一种绿色、清洁的能源选择，逐渐受到了全球范围内的关注和应用。
本文将从风力发电技术的原理、发展现状以及未来发展方向等几个方面进行综述，并探讨其在可再生能源领域发挥的作用。
一、风力发电技术原理风力发电技术是一种利用风能将其转换成机械能或电能的技术。
其原理主要包括风力的收集、风能的转换以及电能的输出三个步骤。
具体来说，当风吹过风力发电机组时，风力将被转化成机械能，驱动发电机组内的叶轮旋转。
随着叶轮旋转速度的增加，发电机内的发电机转子也会旋转，最终通过磁场感应产生电能输出。
二、风力发电技术的发展现状1.技术成熟度和发展速度：风力发电技术已经具备较高的成熟度并取得了快速的发展。
目前，风力发电已成为全球最主要的可再生能源之一，年装机容量以及发电量呈现持续增长的趋势。
2.主要技术类型：目前，主要的风力发电技术包括第一代风力发电技术、第二代风力发电技术以及第三代风力发电技术。
第一代技术主要是传统的风力发电机组，具有体积大、发电效率低等特点。
第二代技术则通过提高发电机效率和控制机组角度等方式提高了发电效率。
第三代技术则主要侧重于创新材料的运用以及提高风能利用率。
3.主要应用地区：风力发电技术在全球范围内得到了广泛应用，但应用地区主要集中在北欧、美国、中国和西欧等地，具体包括德国、丹麦、印度、美国等。
三、风力发电技术的挑战和解决方案1.风能的不稳定性：风速的不稳定性是风力发电技术面临的一个重要挑战。
高风速和低风速对机组的运行状态都存在风险。
为解决这个问题，研究人员通过引入风速预测、提高机组可调度性等方式来降低不稳定性带来的影响。
2.风力发电对环境的影响：风力发电机组的建设和运行过程中可能对野生动物的栖息地和迁徙路径产生影响。
针对这一问题，研究人员致力于设计更友好的风力发电机组，减少对生态环境的损害。
3.成本和经济性：风力发电设备的建设和维护费用较高，这对其经济性提出了挑战。
风力发电的技术综述_
Journal of Henan Science and Technology
河南科技
风能。额定风速过高， 额定功率大， 相应的设备投资就会增 加， 若实际风速大部分时间都达不到这个设定的风速， 就会造 成资金浪费， 而且额定风速高， 设备大以后， 切入风速会相应 会损失低风速风能。 提高， 切入风速是风力发电机的开机风速， 高于此风速后， 风力 产生有效 发电机能克服传动系统和发电机的自身能量损耗， 输出。 切出风速是风力发电机的停机风速， 高于此风速后， 为保 证自身安全， 发电机会停止工作。 风力发电机的输出功率与风速的基本关系如下图：
河南科技
2013． NO． 01 Journal of Henan Science and Technology
工业工程与技术
风力发电的技术综述
赵海亮
( 1． 中广核风电有限公司， 内蒙古
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锡林郭勒 011200 ; 2． 上海烟草集团北京卷烟厂动： 风能是清洁的、 无污染的可再生资源， 它取之不尽、 用之不竭。与火力发电、 核电等相比它无需燃料， 也不会对环境造 。 它是绿色能源， 是未来我们需要更好地利用的能源 将风能转化为机械能进而转化成电能的装置称为风车。风力发电的 成污染， 原理就是利用风带动风车叶片旋转， 然后通过增速机提升旋转角度作用于发电机， 从而产生电能。本文就简单介绍一下风力发电 机的相关基础技术原理。 关键词： 风力发电; 绿色能源; 贝兹理论; 叶尖速比 中图分类号： TM614 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 5168 ( 2013 ) 02 － 0058 － 02 能源是社会发展的重要物质基础， 社会的进步和经济的 发展在很大程度上取决于能源的供应和利用 。 当前我国已经 这严重制约了国民经济的发 出现较为严重的能源短缺状况， — —风能的利用和开发必须 展。在这种情况下， 对清洁能源— 无污染的可再生资源， 它取之不 要受到重视。风能是清洁的、 尽、 用之不竭。与火力发电、 核电等相比它无需燃料， 也不会 对环境造成污染， 它是绿色能源， 是未来我们需要更好地利用 的能源。 将风能转化为机械能进而转化成电能的装置称为风车 。 风力发电的原理就是利用风带动风车叶片旋转， 然后通过增 速机提升旋转角度作用于发电机， 从而产生电能。 小型风力发电系统并不是简单地只由一个发电机头组 成， 实际上它是一套具有一定结构的运行体系： 风力发电机 + 充电器 + 数字逆变器。风力发电机由叶片、 尾翼、 转体和机头 每一部分都很重要。 叶片用来接受风力并将风能转化 组成， 成动能； 尾翼使叶片始终对着风吹来的方向以便于叶片获得 最大的风能； 转体使机头实现尾翼的转向功能； 机头的定子发 生电磁感应将机械能（ 主要是动能） 转化为电能。 下面我就简单介绍一下发电机的工作原理 。 1 风能 风能， 也就是空气的动能， 因为空气的定向流动形成风 。 设风速为 V1 ， 质量为 m 的空气在单位时间内通过垂直于气流 方向、 面积为 S 的截面的动能为： E = mV12 而 m = / t = SV1 则 E = SV13 ……………………………………………… 1 式中 L 为气流在时间 t 所通过的距离， 为空气密度， 在标 3 准状况下取值 1． 293kg / m 。 由上式可见， 气流的动能与风速 的立方成正比关系。 2 风能的利用 学过物理的都知道， 物理学中的能量转化率不可能达到 百分之百， 对于风力发电机也是一样， 风能不可能百分之百的 转化为电能， 那么风力发电机的究竟能利用多少的风能， 而什 么样的条件下风力发电机能最大限度地利用风能呢？ 2． 1 贝兹理论 贝兹理论是风力发电中关于风能利用效率的一条基本的 它由德国物理学家 Albert Betz 于 1919 年提出。 理论， 贝兹理论假定风轮是理想的， 气流通过风轮时没有阻力， 气流通过整个风轮时其掠面是均匀的， 并且气流通过风轮前 后的速度为轴向方向。 v0 表示流过风轮旋转面 S 时的风 以 v1 表示风机上游风速， v2 表示流过叶片截面后的下游风速（ 也称剩余风速） 。 速， 根据动量定理， 质量为 m 的空气， 流过风轮旋转面 S 之 在风轮上产生作用力为： 后， F v0 （ v1 － v2 ） ……………………………………… 2 风轮吸收的功率为： P = FV0 = v02 （ v1 － v2 ） …………………………………… 3 从风机上游至下游， 单位时间内气流动能的变化量为： E = V02 v12 － v02 v22 = v02 （ v12 － v22 ） ………………… 4 由风轮吸收的功率在数值上等于单位时间内气流动能的 变化量（ 实际上风轮吸收的能量就来源于气流的动能） 可得 P=E 即 V02 （ v1 － v2 ） = v02 （ v12 － v22 ） 即 v0 = （ v1 + v2 ） …………………………………………… 5 将 5 式代入 3 式中得 P = S（ v1 + v2 ） （ v12 － v22 ） ………………………………… 6 6式 当上游风力 v1 不变时， 令 dP / dv2 = 0 ， 即当 v2 = v1 时， 取得极大值， 即 P max = Sv13 ………………………………………………… 7 如果设 P0 为气流的初始动能， 则根据 1 式可得 P0 = Sv13 根据以上条件， 即当上游风力 v1 不变时， 令 P / P0 可得当 v2 = v1 时， P / P0 取得最大值， 即 P / P0 = 1 以上也就是德国物理学家 Albert Betz 得到的理想情况下， 风能转化成动能的极限比值为 16 /27 ， 约为 59． 3% ， 这也就是 。 发电机的最大理论效率 2． 2 发电机的实际输出功率 我们将风力发电机的实际风能利用系数（ 即功率系数） C p 定义为风力发电机的实际输出功率与六国风轮旋转面 S 的全 部风能之比， 即 C p = = 2P / Sv13 …………………………………………… 8 由以上推理过程我们不难看出， 实际风能利用系数 C p 总 C p 并非是一个常数， 是小于 16 /27 。另外， 它与风速、 发电机转 速、 负载以及叶片参数如叶片翼型 、 翼长等因素相关。 由 9 式可以得出， 风力发电机的实际输出功率为 P = C p Sv13 ………………………………………………… 9 而风车作用时的截面 S 为圆形， 设风车叶片半径为 Ｒ， 则 S = Ｒ2 …………………………………………………… 10 将 10 式代入 9 式得 P = C p Ｒ2 v13 ……………………………………………… 11 上式即表明了风力发电机的输出功率与各物理量的关系。 2． 3 影响贝兹理论的环境因素 2． 3． 1 对风力发电机功率影响最大的因素依次是风速
风力发电及其技术发展综述
风力发电及其技术发展综述摘要：风能，作为最为成功的可再生能源，其凭借现有科技水平成为发展最快的清洁能源技术。
随着全球风电的迅速发展，我国也在大力发展风电市场。
本文描述了目前风力发电系统的性能特点和结构形式，并对国内风力发电的现状和世界风力发电的趋势进行了必要的阐述。
同时针对我国大型风电机组的发展状况，指出了大规模发展风电，需要面临的主要问题与挑战。
关键词：风力发电机组；风力发电系统；发展趋势；面临问题1风能利用潜力风能是地球上重要的可再生能源之一，它具有储藏量巨大、可在生、分布广、无污染的特性，是我国乃至世界可再生能源开发利用的重点。
目前，风力发电是风能利用的主要形式，受到各国的高度重视，并且正在飞速发展与热力发电设施有所区别，风力发电不需冷却水，使用风力发电可是公用水系统用水减少17%，等价于不需在建设80GW新的燃煤电厂。
风力发电无需燃烧燃料，更不会产生辐射和空气污染；另外，从经济的角度讲，风力仪器要比太阳能仪器便宜90%多。
我国风能储量相当大，分布面广，甚至比水能还丰富。
合理利用风能，既能解决目前能源短缺的压力，又能解决环境污染问题。
风能还是极为清洁高效的能源。
每10MW风电入网可节约3.73t煤炭，同时减少排放粉尘0.498t、CO29.35t、NOX 0.049t和上SO2 0.078t。
例如，2000年，我国风力发电9.65亿千瓦时，共节煤35万t；2002年德国风力发电170千瓦时，节煤442万t，减少CO2排放1428万t。
我国能源资源虽然丰富但是人均资源先对匮乏，远低于世界平均水平。
2000年全国人均煤，石油，天然气可采储量与人均水电资源占世界平均值的55.4%、11.1%、4.3%和70%。
随着我国经济的快速发展，能源瓶颈对经济发展的制约越来越明显。
预计我国国内能源供应的缺口量，在21世纪初期将超过100Mt标准煤，2030年为250Mt标准煤，到2050年为460Mt标准煤，大约占年供应需求量了10%，因此未来我国能源供应形势不容乐观。
风力发电技术的现状与发展综述
风力发电技术的现状与发展综述摘要：充分应用新能源是在现阶段提倡绿色环保和生态环境保护的宏观背景下提出的新要求，而风力发电是新能源的一项重要应用，也是充分应用风力资源的重要专业技术。
风能可以算作如今最有商业前景的一种可再生能源。
在这一基础上，风力发电的相关技术也在不断发展与进步。
本文简单探讨了风能发电及其技术发展的有关内容，仅供参考。
关键词：风力发电；技术现状；发展趋势中图分类号：TM614 文献标识码：A引言许多风力发电场都会建立在人烟稀少的偏远地区，既能够降低风力发电对居民生活的干扰，也能够更好的保障风能获取量，使更多的风力能源转化为电能。
但是在这样的过程中，就会导致风力发电管理难度增加，稳定性上会受到许多自然因素的干扰。
所以，为了保障风力发电的稳定性，提高风力发电效益，就必须对风电并网技术的应用进行不断完善，以此来保障风力发电质量，为我国能源结构优化做出贡献。
1 风力发电现状风力资源是发展风电的基础，我国的风力资源十分丰富，我国的陆上风能资源以及海上风能资源均在 7.5*108KW 以上，丰富风能资源为我国风电事业的发展创造了良好的条件，但是目前来看，我国风电事业的发展受技术以及产业的双重压力，尽管近些年，我国的风电技术有了较快的发展，但是关键技术在很大程度上依赖外来输出，需要花费高额的技术引进成本。
由于自主研发能力以核心专利的缺失，产业内相关企业的发展面临较多困难，首先企业在发展的过程中需要缴纳高额的专利费用以及技术引进费用；其次市场开拓以及生产服务手段缺乏创新；最后在我国风电事业不断发展的过程中，随着风机产量以及产能的不断提高，必将引发国际市场的关注，相关企业会面临比较强的国际竞争压力。
在这种情况下，只有不断加强对风电技术的研究，掌握风电的核心技术，才能在市场竞争力取得突破，促进我国风电事业的进一步发展。
2 风力发电技术2.1 风功率预测技术按预测周期分类。
按照风能预测周期的差异进行分析，风功率的预测方式有多种方面，其中包括短期预测、超短期、长期预测三个方面。