第一篇：風力發電電控制技術的國內外研究現狀

風力發電電控制技術的國內外研究現狀

發布者：德明太陽能控制器 發布時間：2011-3-9 9:15:30 閱讀：212次 【字體：大 中

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國內外風力發電的控制技術按功率調節方式大體上可分為以下兩類l川:

第一類是定槳距失速控制的恒速恒頻(}SCF]發電方式。這種機組的輸出功率隨風 速的變化而變化，系統通過一定的調節，保持風力機轉速恒定，從而實現發電頻率的恒 定。但當風速變化時風力機偏離其與最大風能相對應的最佳速度，導致風力資源浪費，發電效率下降。定槳距風機技術是丹麥風電技術的核心。它主要利用槳葉翼形的失速特 性，在高于額定風速時，達到失速條件后，槳葉表面產生渦流，效率降低，達到限制功 率的目的。定槳距機型優點是調節和控制簡單。缺點在于對葉片、輪載、塔架等主要部 件受力增大，而且風力超過額定風速后風機出力反而下降。

第二類是變槳距調節控制的變速恒頻僅scF)發電系統。在定槳距基礎上加裝槳距調 節環節，稱為變槳距風力機組。其特點是:通過適當的控制，根據風速的變化調節風力機 的轉速，實現各種風速下最大風能捕獲。使風力機的葉尖速比達到或接近最佳值，而不 影響輸出電能的頻率，從而最大限度的利用風能。變槳距風機在風速高于額定風速時，通過調節槳距角的變化，減少吸收的風能，從而使風電機輸出的有功保持穩定，這體現 了變槳距風機的優勢.但變槳距風機也有缺點:制造成本高，結構復雜，不像定槳距風 機那樣易于維護。

恒速恒頻風電機組在額定轉速附近運行，滑差變化范圍較小，從而發電輸出頻率變 化也較小，所以稱為恒速恒頻風力發電機組。

恒速恒頻風電機組運行中會從電網中吸收無功電流建立磁場，導致電網功率因數變 差，因此，一般在風機出口處裝設可投切的并聯電容器組提供非連續可變的無功補償，采用可控硅軟并網技術將起動電流限制在額定電流的1i2 } } f倍之內以防止并網失敗，還采用氣動剎車技術、偏航和自動解纜等技術解決凡力發電機組并網運行的可靠性問 題。

近年來，大規模電力電子技術日趨成熟，變速恒頻風力發電機組己成為風力發電設 備的主要選擇方向之一。變速恒頻機組可以實現轉子機械角速度和電網頻率的解耦，主 要有兩種類型，即直接驅動的同步發電機和雙饋感應發電機。

第二篇：風力發電技術

風力發電技術和風能利用方式

1973年發生石油危機以后，西方發達國家為尋求替代石化燃料的能源，在風力發電技術的研究與應用上投入了相當大的人力和資金，充分綜合利用空氣動力學、新材料、新型電機、電力電子技術、計算機、自動控制及通信技術等方面的最新成果，開創了風能利用的新時期。

德國、美國、丹麥等國開發建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統，發展了變槳距控制及失速控制的風力機設計理論，采用了新型風力機葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發電機，開發了由微機控制的單臺和多臺風力發電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發電的效率和可靠性。

風電場是大規模利用風能的有效方式，20世紀80年代初在美國加利福尼亞州興起。而海岸線附近的海域風能資源豐富，風力強，風速均勻，可大面積采獲能量，適合大規模開發風電。然而在海上建造難度也大：巨大的基座必須固定入海底30m深度，才能使裝置經受得住狂風惡浪的沖擊；水下的驅動裝置和電子部件必須得能防止高鹽度海水的腐蝕；與陸地連接還得需要幾公里長的海底電纜。

2.2風電裝機容量

德國的風力發電裝機容量已達610.7萬kW，占德國發電裝機容量的33%，居世界第1位。西班牙風電裝機容量283.6萬kW，居世界第2位。美國風力發電裝機容量已達261萬kW，居世界第3位。丹麥風電技術也很先進，裝機容量234.1萬kW。印度風電增長很快，到2000年累積裝機容量已達到122萬kW。日本的風電裝機容量46萬kW，運行較穩定的是海岸線或島上的風力發電站，已達576臺風電設備。

2.3各國的風力發電政策

目前風電機組成本仍比較高，但隨著生產批量的增大和技術的進一步改進，成本將會繼續下降(見表1)。許多國家建立了眾多的中型和大型風力發電場，并形成了一整套有關風力發電場的規劃方法、運行管理和維護方式、投融資方式、國家扶持的優惠政策及規范、法規等。

表1世界風電裝機容量（萬kW）和發電成本（美分/kW·h）

年份******97199819992000

容量******1393184

5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8

數據來源：丹麥BTM咨詢公司

歐洲發展風電的動力主要來自于改善環境的壓力，將風電的發展作為減少二氧化碳等氣體排放的措施。德國、丹麥、西班牙等國都制定了比較高的風電收購電價，保持了穩定高速的增長，1996年以后年增長率超過30%，使風電成為發展最快的清潔電能。丹麥風電技術的發展策略是政府不直接支持制造廠商，而是對購買風電機組的用戶提供補貼。英國的《可再生能源責任法規》要求到2010年，每個電力供應商必須使可再生能源的電力供應量達到總電量的10%。

美國政府為鼓勵開發可再生能源，在20世紀80年代初出臺了一系列優惠政策。聯邦政府和加利福尼亞州政府對可再生能源的投資者分別減免了25%的稅賦，規定有效期到198

5年底，另外立法還規定電力公司必須得收購風電，并且價格應是長期穩定的。這些政策吸引了大量的資金采購風電機組，使剛剛建立起來的丹麥風電機組制造業獲得了大批量生產和改進質量的機會。到1986年這3個風電場的總裝機容量達到160萬kW。2002年美國德州的風電容量為118萬kW。德州政府規定，到2009年可再生能源的發電容量至少應達到200萬kW，并擬訂了110.4萬kW的風電建設計劃。

印度是一個缺電的發展中國家，政府制定了許多鼓勵風電的政策，如投資風電的企業，可將風電的電量儲蓄，在電網拉閘限電時，使有儲蓄的企業能夠得到優先供電。

澳大利亞的發電能源主要依靠煤炭。政府為改善電能結構，制定了一項強制性的可再生能源發電計劃，太陽能——風力電站將成為可再生能源利用的重要組成部分。

3我國風力發電的開發現況

我國擁有豐富的風能資源，若采用10m高度的風速測算，陸地風能資源理論儲量為32.26億kW，可開發的風能資源儲量為2.53億kW。我國近海風能資源約為陸地的3倍，由此可算出我國可開發的風能資源約為10億kW。

風能資源富集區主要在西北、華北北部、東北及東南沿海地區。20世紀70年代末80年代初，我國通過自主開發研制，額定容量低于10kW小型風力發電機實現了批量生產，在解決居住分散的農牧民和島嶼居民的用電方面有著重要意義。在國家有關部委的支持下，額定功率為200、250、300、600 kW的風力發電機組已研制出來，并在全國11個省區建立了27個風電場，浙江、福建、廣東沿海及新疆、內蒙古自治區都有較大功率的風力發電場。東部沿海有豐富的風能資源，距離電力負荷中心又近，海上風電場將成為新興的能源基地。國家計委在20世紀90年代中期制定了“光明工程”和“乘風計劃”, 1997年當年裝機超過10萬kW，到2001年底總裝機容量約40萬kW。

我國風電技術還處于發展初期，較歐美落后，關鍵原材料或零部件主要依靠進口。風電機組是風電場的核心設備，主要依靠進口機組，在風電場的建設投資中是主要部分，占總投資的60%～80%。為鼓勵風電的開發，我國對300kW以上機組免征進口稅。風電隨著技術的發展和批量生產，成本會繼續下降。

第三篇：國內外風力發電技術趨勢

國內外風力發電技術趨勢

1.風力發電新技術

地球上風力資源蘊藏量很大，是一種既清潔又廉價的再生資源。世界氣象組織（WMO）估計地球上海洋和陸地的風能源約為200億kW，其中陸地約占一半。在全球范圍內能源短缺和生態環境日益惡化的今天，各國對風能的開發利用越來越重視。許多國家把風電建設作為重要的能源政策。目前有些發達國家成功地使每千瓦風電投資接近火電投資，并將進一步降低發電成本。風電工業將在全世界有較大的發展前景。我國有豐富的風力資源。國家發改委和國家科委共同制定的“1996—2010年中國新能源和可再生能源發展綱要”及“新能源可再生能源優先發展項目”也體現出風力發電是我國可再生能源的發展方向，它可改善我國能源工業面臨的經濟增長和環境保護的雙重壓力。

綠色能源中，風能不僅儲量大，可利用率高，而且便于大規模開發。1990年以來，全球風力發電設備總裝機容量增長了15%，年平均增長率達到20%。截至2001年底，全世界風力發電裝機容量已達24100MW。已運行機組的最大單機容量已達5MW。我國可開發利用的風能資源陸地為2.53億kW，近海7.5億kW，合計10.03億kW，僅次于前蘇聯和美國。近年來，我國風力發電裝機容量增加較快，2003年達567MW。按照國家發展規劃，我國風電裝機容量到2005年將達1000MW；2010年將達4000MW；2015年將達10000MW；2020年將達到20000MW。目前我國新建和在建的風電場的機組基本上是由丹麥、德國等國提供成套設備或引進技術和部件在國內制造組裝。

在風力發電中，當風力發電機與電網并聯運行時，要求風電的頻率與電網頻率保持一致，即頻率保持恒定。恒速恒頻指在風力發電過程中，保持發電機轉速不變，從而得到恒頻的電能；變速恒頻指在風力發電過程中發電機的轉速可隨風速變化，而通過其他控制方式來得到恒頻電能。

當風速在一定范圍變化時，若允許風力機做變速運行，則能達到更好利用風能的目的。這是由于風力機的輸出功率系數Cp在某一確定的尖速比（葉輪尖的線速與風速的比值）TSR（tip speed ratio）下達到最大值。恒速恒頻的風力機轉速保持不變，而風速又經常變化，顯然Cp不可能保持在最大值。變速恒頻風力發電系統的特點是風力機和發電機的轉速可在很大范圍內變化而不影響輸出電能的頻率。由于風力機的轉速可變，可以通過適當的控制，使風力機的尖速比處于或接近于最佳值，從而最大限度的利用風能。

為充分利用風能電源，風力發電系統應采用變速恒頻控制策略。4種變速恒頻控制方案的性能對比見下表，通過以上的對比分析可知：（1）方案一和方案囚的風力發電系統，其變頻器的容量與系統容量相同，因此一般適用于小容量的風力發電系統。（2）對于大、中容量的風力發電系統，適于采用方案二或方案三，因為變頻器的容量僅為系統總容量的一小部分。（3）方案二和方案三的風力發電系統，皆可在亞同步和超同步狀態下運行，具有更寬的轉速運行范圍。（4）方案一、三和四的風力發電系統，所采用的發電機轉子結構無電刷和滑環，堅固耐用，具有較高的可靠性。（5）若采用直接驅動方案，無需增速齒輪箱，則可降低系統運行噪聲，進一步提高可靠性。實際上，直接驅動和變速恒頻是風力發電的兩個重要發展方向。

3.國內風力發電情況

3.1沈陽工業大學風能技術研究所

該所承擔的一項國家“863”計劃課題，一臺兆瓦級風力發電機將矗立在康平縣的一風口處。有關專家(所長姚興佳教授)稱，這臺兆瓦級風力發電機底徑4米,白色錐形塔柱高達60米，在頂部安裝機倉和葉輪，葉片直徑長達62米，這樣，整機距地面垂直高度達90米。2001年，在國家科技部舉行的兆瓦級風力發電機招標上，沈陽工業大學風能技術研究所提出的這個設計方案頭榜中標，獲得1500萬元的研制經費。目前該所正在組織相關企業進行安裝。我國對大型并網型風電機組的研究工作始于80年代，并相繼研制出了20千瓦到600千瓦的風力發電機組。但相當或更大容量的、當前在中國風電場的主流機組，基本上都是從國外引進的，國內目前還沒有一臺兆瓦級風電機組。

3.2蘭州電機廠 與清華大學合作研制開發雙饋繞線型三相異步風力發電機及勵磁控制系統。可向風電場

整機成套單位提供750—2000kW電機及勵磁系統的成套產品。

3.3為國家“863”項目生產的國內首臺雙饋繞線型三相異步風力發電機（YRFF500-41000kW 690V）

已制造完成，并通過地面模擬試驗。

雙饋繞線型三相異步風力發電機主要適用于風電場的并網發電機組。1

第四篇：風力發電技術綜述

風力發電技術綜述

摘要：風能是目前全球發展最快的可再生綠色能源，風力發電系統是將風能轉化為電能的關鍵系統，它直接關系到風力發電的性能與效率。它主要對風力發電的發展現狀和前景、風電系統的控制技術、風力發電機及其風電系統和風力發電中的關鍵技術作了簡單的介紹。

關鍵詞：風力發電；控制技術；并網技術；低電壓穿越

引言

在全球生態環境惡化和化石能源逐漸枯竭的雙重壓力下，對新能源的研究和利用已成為全球各國關注的焦點。風能作為一種可再生的清潔能源，受世界各國的重視程度越來越高，也越來越多的被應用到風力發電中。除水力發電技術外，風力發電是新能源發電技術中最成熟、最具大規模開發和最有商業化發展前景的發電方式。由于它可以在改善生態環境、優化能源結構、促進社會經濟可持續發展等方面有非常突出的作用，目前世界各國都在大力發展和研究風力發電及其相關技術。

1.國內外風力發電的現狀和前景

1.1 國外風力發電發展現狀世紀80 ～90 年代，風力發電技術得到了飛速的發展并且逐漸成熟。風力發電憑借它自身的優點，已經延伸到了電網難以達到的地方，給他們帶來了很多方便。據全球風能理事會(GWEC)發布的全球風電市場裝機數據顯示，全球風電產業 2011 年新增風電裝機容量達四萬一千兆瓦。這一新增容量使全球累計風電裝機達到二十三萬八千兆瓦。這一數據表明全球累計裝機實現了兩成多的年增長，新增裝機增長達到6%。到目前為止，全球七十多個國家有商業運營的風電裝機，其中二十二個國家的裝機容量超過 1GW。據估計到 2030 年，歐洲風電裝機可達三百億瓦，可滿足歐洲百分之二十的電力需求。

1.2國內風力發電發展現狀

我國風力資源儲量豐富，分布廣泛。陸上可開發的儲量為2.53億kW，海上可開發的儲量為7.5億kW。“大規模、高集中開發，遠距離和高電壓輸送”是我國風電發展的重要特征。近年來，我國風電發展迅猛，2006～2010 年風電總裝機容量從260萬kW增長到4 182.7萬kW，2010年新增風電裝機1 600萬kW，累計裝機容量和新增裝機容量均居世界第一。預計2020年我國風電累計裝機可以達到2.3億kW。這意味著未來十年中，風電總裝機容量

平均每年需新增1 800萬kW。預計每年需新增機組及其配套變流器約9 000臺。

2.風電系統的控制技術

風力發電系統的運行方式有三種：獨立型、并網型和聯合型。并網型風力發電系統由風力機控制器、風力機、傳動裝置、勵磁調節器、發動機、變頻器和變壓器等組成。

風力發電機組包括風力機、發電機、變速傳動裝置及相應的控制器等，用來實現風能與電能的能量轉換。風力發電的關鍵問題是風力機和發電機的功率和速度控制。

風電機組中將風能轉換成機械能的能量轉換裝置是風力機，它由風輪、迎風裝置和塔架等組成。按結構不同，風力機可分為水平軸式和立軸式兩種；按功率調節方式不同，風力機可分為定槳距失速、變槳距和主動失速 3 種。

風電機組中的發電機將機械能轉化為電能，發電機在并入電網時必須輸出恒定頻率(一般為 50 Hz)的電能。按照發電機轉速的不同，發電機可分為恒速和變速兩類，其中變速需要通過變頻器來實現。變頻器采用電力電子變流技術和控制技術，將發電機發出的頻率變化交流電轉換為與電網頻率相同、能與電網柔性連接的交流電，并且能實現最大風能跟蹤控制。按照拓撲結構的不同，變頻器可分為交-交型、交-直-交型和矩陣型三種；按照變頻器容量的不同可將變頻器分為部分容量和全部容量(全額)兩種。

變速傳動裝置可將風輪的低轉速轉換為發電機的較高轉速，按傳動鏈類型將其分為齒輪箱驅動和直接驅動兩種，其中前者包括單級和多級兩種齒輪箱驅動。

3.風力發電機及其風電系統

實現恒速或變速風力發電系統有許多種方案，所選發電機的類型主要取決于風電系統的形式。

傳統的恒速/變速風電系統共有四種：基于SCIG 的恒速風電系統[1]、基于WRIG 的受限變速風電系統[2]、基于ESC-SCIG 的變速風電系統[3]和基于MMG 的變速風電系統[4]。

現代風電系統一般采用變速恒頻技術，這種技術通過變流裝置或改造發電機結構來實現。現代變速恒頻風電系統共有六種：基于SCIG 的風電系統[5]、基于DFIG 的風電系統[6]、基于直驅式EESG 的風電系統[7]、基于直驅式PMSG 的風電系統[8]、基于半直驅PMSG 的風電系統[9]和基于PMBDCG 的風電系統[10]。

近年來，一些具有商業化潛力的新型風力發電機及其風力發電系統不斷涌現。新型變速恒頻風電系統主要有以下八種：基于 SRG 的風電系統[11]、基于 BDFIG 的風電系統[12]、基于CPG 的風電系統[13]、基于HVG 的風電系統[14]、基于DWIG 的風電系統[15]、基于

TFPMG 的風電系統[16]、基于DSPMG 的風電系統[17]和基于EVT 的風電系統[18]。

4.風力發電中的關鍵技術

4.1并網技術的研究和最大風能的捕獲

并網技術是通過對全功率電力變換器的控制算法來實現控制目的。并網控制方面，文獻

[19]提出了直流側并網的新方法。在直流電容與 DC/AC 之間安裝并網開關。并網前并網開關斷開，DC/AC 通過限流電阻對電容進行充電，此時發電機在風力機的帶動下轉速從 0 上升。當電容充電達到交流電網線電壓幅值時閉合并網開關，同步風力發電機并網。正常情況下，發電機轉速從低到高逐漸上升，并在某一轉速下并入電網。當由于某種原因，發電機在高轉速下脫網需要重新并網，由于此時電容已經充電且直流母線電壓高于網側交流線電壓幅值，因此只要將并網開關閉合就可實現并網。

直驅式永磁同步風力發電機經電力電子變換器并入電網以后的控制目標是風速小于額定風速時實現最大風能捕獲，風速超過額定風速時使系統以額定功率輸出[20]。

最大風能捕獲的目的就是通過適當的控制，使風力機轉速隨風速變化，始終沿著最佳功率曲線運行，從而使風能轉化最大化。最大風能追蹤可以有變槳距調節，也可以通過調節發電機功率來調節轉速以保持最佳葉尖速比實現。出于可行性、經濟性和可靠性的考慮，當前使用的主要是通過控制發電機輸出功率以調節其電磁功率，進而調節發電機轉速。

具體實現時，在發電機有功和無功功率解耦控制的基礎上，根據有功功率給定的提取方法的不同，又有有速度傳感器和無速度傳感器的控制方法之分。有速度傳感器的控制方法是根據風力機最佳功率曲線和風力機轉速實時計算發電機輸出功率給定。而無速度傳感器的控制方法又有擾動法[21,22,23]、參數估計法、查表法和人工在智能法幾類。

4.2低電壓穿越的研究

電網電壓跌落時，由于受變流器通流能力的限制，網側逆變器注入電網功率減小。而此刻機側整流器的功率并沒有改變，造成直流側的過電壓。如果維持直流側電壓穩定，則必然造成逆變器過電流。過電壓和過電流都將導致電力電子器件的損壞，為了保護變流器不被損壞，風力發電機組將在電壓跌落時退出運行。電網穿透率小時，風力發電機組在電壓跌落時退出運行還是可以接受的。

然而，隨著風力發電規模的不斷擴大，若風電機組在電壓跌落時仍然采取被動保護式脫網，則會增加整個系統的恢復難度，甚至使故障更加嚴重，最終導致系統其他機組全部解列。目前在風力發電技術發展領先的一些國家，如丹麥、德國等已相繼制定了新的電網運

行準則, 定量給出了風電系統離網的條件（如最低電壓跌落深度和跌落持續時間），只有當電網電壓跌落低于規定曲線以后才允許風力機脫網，當電壓在凹陷部分時,發電機應提供無功功率。這就要求風電系統具有較強的低電壓穿越能力，能方便地為電網提供無功支持。因此必須研究低電壓穿越的措施，實現電網電壓跌落時風力發電機不脫網運行。

文獻[24]通過在逆變器交流側加裝無功補償裝置和低通濾波器來應對電網電壓不對稱跌落對系統所造成的影響，使逆變器只能感受到電網的正序電壓，保持其對稱工作狀態，從而實現低電壓穿越；文獻[25-28]通過直流側加卸荷負載以消除電壓跌落時直流側的功率擁堵，避免直流側的過電壓和逆變器的過電流，實現低電壓穿越。這些方法都要增加專門的元件，降低了系統的可靠性和經濟性，使控制變得復雜。

結論

風電作為我國今后大力重點發展的 3 類新能源之一，在今后將具有廣闊的發展和應用前景，風力發電在擺脫對化石能源的過度依賴、緩解中國能源緊缺、改善生態環境和擴大社會效益等方面將做出較大的貢獻。本文對風力發電的發展狀況，如傳統的恒速/變速風電系統、現代變速恒頻風電系統和新型變速恒頻風電系統進行了簡單介紹。隨著風電技術的不斷變革以及機組制造工藝的持續改進，將來風力發電的競爭力必定逐漸提升，其發展前景廣闊。

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第五篇：風力發電的研究

網絡教育學院

《新能源發電》課 程 設 計

題目：風力發電技術

學習中心：河南許昌奧鵬學習中心【14】層次：專升本

專業：電氣工程及其自動化

年級：2011年秋 季

學號：20110804076

3學生：陳懿凡

輔導教師：康永紅

完成日期：2013 年08月30日

一、風力發電的現狀

能源、環境問題是當今人類生存和發展所面臨的關鍵問題。常規能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且會造成嚴重的環境污染。因此，對可再生能源的開發與利用，已受到世界各國的高度重視。“開發與利用可再生能源，改善能源結構，減排溫室氣體，保護環境”已成為世界共識。一場世界性的開發與利用新能源的浪潮已經到來。新能源與可再生能源包括水能、太陽能、風能、地熱能和海洋能等，它們在消耗之后還可以得到恢復和補充，不會污染環境。其中，人類對風能的利用已有上千年的歷史。地球上可利用的風能為106MW，是可利用的水能的10 倍以上。在可再生能源中，風能是一種非常可觀的、有前途的能源。風力發電（簡稱風電）作為一種綠色電力，受到人們廣泛的關注。它具有資源蘊藏量巨大、可再生、無污染、占地少、周期短等優點，但是風電也存在著風能利用率低以及具有隨機性、不穩定和分布不均勻性等缺陷。

1.國外風力發電發展現狀

2012 年新增風電裝機容量最多的10 個國家占世界風電裝機的87%。與2007 年相比，美國保持第1 名，中國超過西班牙從第3 名上升到第2 名，印度超過德國和西班牙從第5名升至第3 名，前3 名的國家合計新增裝機容量占全世界的60%。

根據世界風能協會的統計，2012 年全世界風電裝機容量新增約2726 萬kW，增長率約為29%。累計達到1.21 億kW，增長率為42%，突破1 億kW 大關。風電總量為2600 億kWh，占全世界總電量的比例從2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。

盡管風電的發展仍然存在著很多困難，如電網適應能力、風能資源、海上風電發展等，但相比于常規能源，經濟性優勢逐步凸顯，世界各國都對風電發展充滿了信心。例如，歐美都公布了2030 年風電滿足20%甚至更多電力需求的宏大目標，這也為全球風電的長期發展定下了基調。從國際能源署（IEA）2012 年頒布的《2050 年能源技術情景》判斷，2012-2050年，全球風電平均每年增加7000 萬千瓦，風電將成為一個龐大的新興電力市場。

2.國內風力發電發展現狀

我國是世界上風力資源占有率最高的國家之一，同時也是世界上最早利用風能的國家之一。據資料統計，我國10 m 高度層風能資源總量為3226GW，其

中陸上可開采風能總量為253GW，加上海上風力資源，我國可利用風力資源約為1000GW。如果風力資源開發率可達到60%，僅風電一項就可支撐我國目前的全部電力需求。我國利用風電起步較晚，和世界上風電發達國家如德國、美國、西班牙等相比還有很大差距。風電是20 世紀80 年代開始迅速發展起來的，初期研制的風機主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型風電機組，后期開始研發可充電型風電機組，并在海島和風場廣泛應用。至今，我國已經在河北張家口、內蒙古、山東榮城、遼寧營口、黑龍江富錦、新疆達坂城、廣東南澳和海南等地建成了多個大型風電場，并且計劃在江蘇南通、灌云及鹽城等地興建GW 級風電場。

截止2007 年底，我國風機裝機總量已達6.05 GW，年發電量占全國發電量的0.8%左右，比2000 年風電發電量增加近10 倍。2012 年一年新增風電裝機容量625 萬千瓦，比過去20年累計的總量還多，新增裝機增長率約為89%。累計風電裝機容量約1215 萬千瓦，占全國裝機總量的1.5%，累計裝機增長率為106%。風電裝機主要分布在24 個省，比2007 年增加了重慶、云南和江西三個省。2006 至2012 年風電增長狀況。

中國政府為了推動并網風電的商業化發展，國家發改委明確提出我國風電發展的規劃目標：2005 年全國風電裝機總量達到100 萬千瓦，2012 年全國風電裝機總量達到400 萬千瓦，2015 年全國風電裝機總量達到1000 萬千瓦，2020 年全國風電裝機總量達到2000 萬千瓦，占全國總裝機容量的2%左右。可以預計，中國即將成為世界風電發展令人矚目的國家之一。

二、風力發電機的優缺點

要比較風力發電機的優缺點首先要對其類型進行了解。由于風力發電機類型的不同。不同風電機組的工作原理、數學模型都不相同，因此分析方法也有所差異。目前國內風電機組的主要機型有3種，每種機型都有其特點。

1.異步風力發電機

國內已運行風電場大部分機組是異步風電發電機。主要特點是結構簡單、運行可靠、價格便宜。這種發電機組為定速恒頻機沮，運行中轉速基本不變，風力發電機組運行在風能轉換最佳狀態下的幾率比較小，因而發電能力比新型機組低。同時運行中需要從電力系統中吸收無功功率。為滿足電網對風電場功率因數的要求，多采用在機端并聯補償電容器的方法，其補償策略是異步發電機配有若干組固定容量的電容器。

由于風速大小隨氣候環境變化，驅動發電機的風力機不可能經常在額定風速下運行，為了充分利用低風速時的風能，增加全年的發電量，近年廣泛應用雙速異步發電機。這種雙速異步發電機可以改變極對數，有大、小電機2種運行方式。

2.雙饋異步風力發電機

國內還有一些風電場選用雙饋異步風力發電機，大多來源于國外，價格較貴。這種機型稱為變速恒頻發電系統，其風力機可以變速運行，運行速度能在一個較寬的范圍內調節，使風機風能利用系數Cp得到優化,獲得高的利用效率；可以實現發電機較平滑的電功率輸出；發電機本身不需要另外附加無功補償設備，可實現功率因數在一定范圍內的調節，例如功率因數從領先0.95調節到滯后0.95范圍內，因而具有調節無功功率出力的能力。

3.直驅式交流永磁同步發電機

大型風力發電機組在實際運行中，齒輪箱是故障較高的部件。采用無齒輪箱結構能大大提高風電機組的可靠性，降低故障率，提高風電機組的壽命。目前國內有風電場使用了直驅式交流永磁同步發電機，運行時全部功率經A-D-A變換，接入電力系統并網運行。與其他機型比較，需考慮諧波治理問題。

三、風力發電的控制技術

風力發電機組控制系統是風力發電機的核心系統，因此研究控制技術具有重要的現實意義，可靠保證了風力發電機組的經濟、安全并網運行。下面對風力發電機組控制技術及相關軟件改進進行系統地闡述。

風力發電機組控制系統由本體系統和電控（總體控制）系統組成，本體系統包括空氣動力學系統、發電機系統、變流系統及其附屬結構；電控系統由不同的模塊構成，主模塊包括變槳控制、偏航控制、變流控制等，輔助模塊則包括通訊、監控、健康管理控制等。而且，在本體系統與電控系統間實現系統的聯系及信號的變換。例如，空氣動力系統的槳距由變槳控制系統控制，保證了風能轉化的最大化，功率輸出的穩定等作用。風輪的自動對風及連續跟蹤風向引起電纜纏繞的自動解纜受偏航控制系統控制，分為主、被動迎風兩種模式，目前大型并網風電系統多采用主動偏航模式。變流控制常和變槳距系統結合，對變速恒頻的運行及最大額定功率進行控制。

根據風電機組不同的分類標準，可將機組控制系統分為不同種類。目前風力發電的主流機型主要是依據槳距特性，發電機類型等分類，通過技術不斷改

進，控制系統由最先的定槳距恒速恒頻控制到變槳距恒速恒頻控制,隨之發展為變槳距變速恒頻控制。此外，據連接電網類型可將風電控制系統分為離網型和并網型，前者已步入大規模穩定發展階段。后者則成為現階段控制系統的主要發展方向。

風電機組控制系統軟件設計

整個風力發電機組控制系統需要一種完善的系統軟件配置以實現發電機正常運行。目前，控制系統軟件的模塊化、參數化、功能化逐漸實現軟件的兼容性與繼承性。

1.模塊化

控制系統整個軟件是許多硬件的整合，我們可以講每一個硬件子系統座位獨立的模塊，子系統與PLC之間的數據交互即為模塊的輸入輸出，這種模塊化的形式通過固化被選擇性的調用執行程序，從而實現程序的兼容性，并做到小范圍的軟件修改和工作量的最小化。

2.參數化

參數設置是對軟件靈活性的優化。對于多配置整合的程序，我們將軟件開關作為一種參數，完成配置間切換，來決定程序模塊是否正常執行。包括動作事件參數、故障參數、控制參數等，對不同屬性結構體的形式進行設置，執行程序時只需讀入相應參數即可。

3.功能化

軟件功能化包括協議解析功能化、故障判斷功能化及控制功能化。協議解析功能化即依據特定的子系統定義不同的功能塊，當調用特定的配置參數時，可以執行相應的功能塊程序，完成功能塊內部的所有數據庫的處理。故障判斷涉及對所有控制監測的判斷，應用功能塊可簡化并統一故障的判斷。將軟件中大量的邏輯控制（如水冷的風扇控制，變槳控制等）整合到功能塊中，制定全面的輸入輸出接口，既完成現有控制功能，又增加了其拓展功能。因此功能模塊化使得程序執行邏輯性與可讀性均有所提高。

四、風力發電的展望

作為一種自然資源，風電正受到發展中國家的重視。中國西部、印度北部、巴西西北部、拉丁美洲的安第斯山脈和北非，都是風能資源豐富的地區。在我國西部地區，如新疆、內蒙古、西藏、青海、甘肅等地，由于地理位置特殊，又缺少水源，風力發電就成為能源發展的首選項目。目前，我國在新疆、內蒙

古、河北等地，均已建成大規模的風力發電站。

目前，我國已形成年產30萬臺100瓦至5000瓦獨立運行小型風力發電機組的能力。在內蒙古，已有60萬居住在偏遠地區的牧民用風力發電解決了生活、生產用電，每套小型風力發電機（含蓄電池）價格在2000元左右。風力發電可用來照明、看電視、提井水飲牲畜、分離牛奶、剪羊毛等，極大地提高了勞動生產率。

由于風向變幻不定，風力大小無常，這些問題也給大規模開發利用風能帶來了不少困難。

人們依靠先進的科學技術制造的新型風輪發電機，能夠隨著風向的變化和風力的大小隨意輕快地旋轉，在風速較大或較小的情況下都能正常工作。它的運行和控制完全實現了自動化，通過幾百個傳感器及時收集風速、風力、風向等信息，再經電腦處理、調整，使風輪機得以在最佳的狀態下運行。

隨著風輪機的大型化和高效化，風力發電的成本也在不斷下降。目前，風電價格已經可以與石油、煤、天然氣發電和核電的價格相競爭，進而還將能與水電價格一比高低。此外，國家在稅收等方面也給予風電適當的照顧和優惠，使風電上網電價不斷下降。

國家電力公司已將風電作為我國電力工業的重要組成部分，并制定了發展規劃。2000年，全國風力發電裝機容量將達到40萬千瓦。

21世紀將是高效、潔凈和安全利用新能源的時代。目前，世界各國都在做這方面的努力，都把能源開發利用作為關鍵科技領域給予關注。在這方面，風能將成為其中的主要角色，為21世紀的人類服務。