風能轉換系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢

    風能轉換系統(tǒng)（WECS）是沒有完善發(fā)展的電力技術的主流。風能技術僅僅是從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，風能轉換系統(tǒng)這項成熟的技術仍然有重要的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

    1風能轉換系統(tǒng)技術上的問題

    各種風力發(fā)電機組的有關概念在過去十年中一直變化。最主要的區(qū)別在于電氣設計和控制。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整其轉速（加速或減速）。設計恒速風力發(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。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葉片的幾何形狀通過利用失速效應而減少氣動力效率。隨著風速的增加，旋翼氣動力“自然”的驅動機艙內的轉子轉動。這種方法的關鍵在于葉片輪廓的特殊設計。此設計在額定功率附近提供了攤位效應，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葉片的幾何形狀。

    風能轉換系統(tǒng)（WECS）是沒有完善發(fā)展的電力技術的主流。風能技術僅僅是從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，風能轉換系統(tǒng)這項成熟的技術仍然有重要的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

    1風能轉換系統(tǒng)技術上的問題

    各種風力發(fā)電機組的有關概念在過去十年中一直變化。最主要的區(qū)別在于電氣設計和控制。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，電機風輪轉速基本上保持恒定。

    1.2變速WECS