裝配圖風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告

裝配圖風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告,裝配,風(fēng)力,發(fā)電,調(diào)研,報(bào)告,講演,呈文 風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告 摘要: 風(fēng)力發(fā)電是一項(xiàng)高新技術(shù)，它涉及到氣象學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子控制技術(shù)、材料學(xué)、化學(xué)、機(jī)電工程、電氣工程、環(huán)境科學(xué)、等十幾個(gè)專業(yè)學(xué)科，是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電作為現(xiàn)在新能源利用的重要技術(shù)之一，電氣工程和它是息息相關(guān)，密不可分的。 關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電、裝機(jī)容量、發(fā)電機(jī)、發(fā)電技術(shù)。 一．發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的意義、重要性及其必要性。 在全球生態(tài)環(huán)境惡化和化石能源逐漸枯竭的雙重壓力下，對(duì)新能源的研究和利用已成為全球各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。除水力發(fā)電技術(shù)外，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、最具大規(guī)模開發(fā)和最有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。由于在改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面的突出作用，目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展和研究風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)。 風(fēng)能很早就被利用，主要用來(lái)風(fēng)車抽水、風(fēng)車磨面等，風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，其蘊(yùn)藏的能量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74億MW，其中可利用的部分約為2百萬(wàn)MW，它比地球上可開發(fā)利用的水能總量要大十倍，是每年全世界燃燒煤獲得能量的三倍；我國(guó)每年依靠煤發(fā)電占了80%，產(chǎn)生了大量的溫室氣體，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)了低碳環(huán)保；風(fēng)能不需要成本，也不造成輻射或空氣污染，可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益；還有我國(guó)的風(fēng)力資源是相當(dāng)雄厚的，也為風(fēng)能來(lái)源提供充足的保障。 二．國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 就全球外風(fēng)力發(fā)電的情況來(lái)看，其未來(lái)各方面的效益是相當(dāng)可觀的。全球風(fēng)力能源在2008年增長(zhǎng)28.8%，美國(guó)2008年新建了8.35GW的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)能，總產(chǎn)能為25.1GW占全球風(fēng)力發(fā)電的五分之一；歐盟在2008年末，風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量為64.94GW；2009年，雖然金融危機(jī)引起的全球經(jīng)濟(jì)秩序的動(dòng)蕩仍在持續(xù)，但風(fēng)電行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，全球年度市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)41%，行業(yè)市場(chǎng)格局基本沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變，美國(guó)、歐盟和亞洲仍處于全球風(fēng)電發(fā)展的主要領(lǐng)導(dǎo)地位，明顯的變化是中國(guó)超越美國(guó)，成為了2009年新增裝機(jī)容量全球第一的國(guó)家。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)GWEC統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，截止2009年，全球風(fēng)電裝機(jī)容量累計(jì)已達(dá)1.58億kW，增長(zhǎng)率累計(jì)達(dá)31.9%，產(chǎn)出總值為450億歐元，從業(yè)人數(shù)約50萬(wàn)，該產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界能源市場(chǎng)的重要組成部分。到2009年底，全球已有100多個(gè)國(guó)家涉足風(fēng)電領(lǐng)域，目前17國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)百萬(wàn)千瓦[1]。 對(duì)于中國(guó)，我國(guó)在2009年風(fēng)能裝機(jī)容量為25GW，與美國(guó)相差了1000萬(wàn)kW；2009年中國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量1380萬(wàn)kW，居全球第一；中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量2580萬(wàn)kW，僅次于美國(guó)的3506萬(wàn)kW；風(fēng)電機(jī)組裝備與制造能力居全球第一。2010年新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量雙居全球第一位；2020年的風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)可達(dá)2.3億kW，相當(dāng)于13個(gè)三峽水電站的規(guī)模，年總發(fā)電量約4649億kW·h，風(fēng)電總裝機(jī)容量占15%左右，可取代200個(gè)火電廠，減少二氧化碳排放量4.1億t/a，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤近1.5億t/a[1]。 三．風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類 根據(jù)基本結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理，發(fā)電機(jī)通?？煞譃橹绷麟姍C(jī)、感應(yīng)異步電機(jī)和同步電機(jī)幾大類。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中電機(jī)類型繁多，包括以下類型。 （一）在CSCF 風(fēng)電系統(tǒng)中常用的發(fā)電機(jī)包括異步機(jī)感應(yīng)電機(jī)和電勵(lì)磁同步機(jī)。 1.異步機(jī)感應(yīng)電機(jī)。異步機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維護(hù)，適用于各種惡劣的工況條件，但轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍窄。電機(jī)定子一般通過(guò)變換器或軟啟動(dòng)器與電網(wǎng)相連，通常還需并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償器，提供足夠的無(wú)功補(bǔ)償以維持機(jī)端電壓穩(wěn)定。軟啟動(dòng)器的主要作用是限制并網(wǎng)時(shí)過(guò)大的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的不利影響。 2.電勵(lì)磁同步電機(jī)。它帶有獨(dú)立的勵(lì)磁系統(tǒng)，是同步電機(jī)必不可缺的組成部分，必須通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)的激磁才能建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁方式可分為直流勵(lì)磁、靜止交流整流勵(lì)磁和旋轉(zhuǎn)交流整流勵(lì)磁。旋轉(zhuǎn)交流整流勵(lì)磁無(wú)需電刷及滑環(huán)，可靠性大為提高。調(diào)節(jié)勵(lì)磁可以改變電機(jī)無(wú)功功率以及功率因素，且并網(wǎng)運(yùn)行供電可靠性高，頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量好，這是同步機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)[2]。 （二）在VSCF 風(fēng)電系統(tǒng)中所采用的電機(jī)種類比較多，常見的有以下幾種。 1.籠型異步電機(jī)。因轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)像鼠籠而得名，風(fēng)速改變時(shí)，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也跟隨調(diào)整，因此發(fā)電機(jī)輸出的電壓頻率不是恒定的，利用電機(jī)定子和電網(wǎng)間的變換器，將頻率轉(zhuǎn)變成與電網(wǎng)相同的恒定頻率，可見變速恒頻控制是在定子側(cè)實(shí)現(xiàn)的[3]。由于電機(jī)定子與變換器相連，變換器容量與發(fā)電機(jī)的相同，特別在大容量風(fēng)電系統(tǒng)中將導(dǎo)致變換器成本、體積以及重量都明顯增加，一般多應(yīng)用于離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)。 2．繞線式異步電機(jī)。普通繞線式異步發(fā)電機(jī)。這類發(fā)電機(jī)的滑差變化小，調(diào)速范圍較窄，通常不超過(guò)5%。利用改變轉(zhuǎn)子回路外串電阻阻值大小的方式，就能改變轉(zhuǎn)子回路中外串電阻所消耗的轉(zhuǎn)差功率，以此達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，但在轉(zhuǎn)子回路串入電阻，使系統(tǒng)損耗加大。 3．雙速異步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)具有兩種不同的同步轉(zhuǎn)速，即低同步轉(zhuǎn)速和高同步轉(zhuǎn)速。風(fēng)速較低時(shí)采用低同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式，維持低功率輸出；風(fēng)速較高時(shí)采用高同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式，與之對(duì)應(yīng)則是高功率輸出。根據(jù)異步電機(jī)理論，在電網(wǎng)頻率恒定的情況下，只需改變極對(duì)數(shù)，就能改變同步轉(zhuǎn)速。通常通過(guò)安裝兩套不同繞組或改變定子繞組的接線方式就可改變極對(duì)數(shù)[2]。 4.滑差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)。根據(jù)風(fēng)力機(jī)特性，當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)，而風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速維持不變，風(fēng)能利用效率必將偏離最佳值，風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率將明顯降低。若風(fēng)速在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速也可跟隨變化，此時(shí)利用電力電子元件構(gòu)成的控制機(jī)構(gòu)，調(diào)整滑差可調(diào)繞線式異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻值的大小就可保持轉(zhuǎn)子電流恒定，不需要進(jìn)行變槳距調(diào)節(jié)便可保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定，避免了風(fēng)速頻繁變化引起輸出功率的波動(dòng)，供電質(zhì)量明顯改善; 變槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也無(wú)須頻繁操縱、控制，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，有效地延長(zhǎng)了機(jī)組的使用年限。 5.交流勵(lì)磁雙饋異步發(fā)電機(jī)。這類發(fā)電機(jī)定子側(cè)直接與電網(wǎng)相接，轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)變換器與電網(wǎng)相連，定子、轉(zhuǎn)子均可與電網(wǎng)雙向傳遞功率，通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器可改變轉(zhuǎn)子電流的頻率、相角及幅值實(shí)現(xiàn)恒頻輸出。這種電機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，也可發(fā)電運(yùn)行，調(diào)速范圍較寬，而定子側(cè)輸出電壓與頻率均可保持恒定; 對(duì)輸出有功和無(wú)功可分別獨(dú)立控制；對(duì)網(wǎng)側(cè)有無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?，可有效提高電網(wǎng)的功率因素，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。變換器只提供轉(zhuǎn)差功率，其容量?jī)H僅相當(dāng)電機(jī)的20%—30%，可顯著降低變換器的成本，是一種較為優(yōu)化的變速恒頻運(yùn)行方案，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用[2]。 6.無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)。無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)定子包含兩套極數(shù)不同的繞組:功率繞組，相當(dāng)于雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組，與電網(wǎng)直接相連；控制組，相當(dāng)于雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，通過(guò)變換器連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子采用磁阻式或者籠型結(jié)構(gòu)形式; 雖然這種發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理與雙饋發(fā)電機(jī)的存在本質(zhì)的不同，但都能利用相同的控制策略進(jìn)行變速恒頻調(diào)節(jié)[3]。因發(fā)電機(jī)本身沒(méi)有滑環(huán)和電刷，既降低了成本，又提高了運(yùn)行的可靠性。 7.永磁同步發(fā)電機(jī)。永磁同發(fā)電機(jī)定子通過(guò)變換器與電網(wǎng)相連(如圖二)，因此變換器的容量與電機(jī)的相同，變速恒頻運(yùn)行是在定子側(cè)實(shí)現(xiàn)的。若省去系統(tǒng)的齒輪箱部件，風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)直接耦合，即為直驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，否則為半驅(qū)式結(jié)構(gòu)。直接耦合后無(wú)需傳動(dòng)裝置，噪聲大為降低，但發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速比較低，導(dǎo)致電機(jī)機(jī)體體積相對(duì)較大，成本有所提高，但考慮省去了造價(jià)昂貴且易磨損的齒輪箱部件，整個(gè)機(jī)組的制造成本還是下降了，可靠性也大為提高，系統(tǒng)也更便于維護(hù)[3]。 圖一.直驅(qū)式永磁同步電機(jī)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng) 8.混合勵(lì)磁永磁同步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)是在永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改良而來(lái)，既含有永磁體，又帶有自身的勵(lì)磁系統(tǒng)。電機(jī)氣隙磁場(chǎng)由兩部分合成:一部分是由電勵(lì)磁系統(tǒng)激勵(lì)生成，這部分磁場(chǎng)強(qiáng)弱可調(diào)節(jié)；另一部分則由電機(jī)的轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生，是構(gòu)成磁場(chǎng)的主體部分。它同時(shí)具有永磁同步電機(jī)及電勵(lì)磁同步電機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn):磁場(chǎng)既可調(diào)，勵(lì)磁損耗又低，且效率高，又解決了永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)難以調(diào)節(jié)的不足，有較好的發(fā)展應(yīng)用前景[6]。 9.開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)。開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，電機(jī)定子上有集中繞組，利用控制器分時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電和勵(lì)磁，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高；開關(guān)磁阻電機(jī)低速性能良好、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、過(guò)載能力強(qiáng)，可應(yīng)用各種高低速驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。目前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也有一定的應(yīng)用[4][5]。 10.高壓發(fā)電機(jī)。普通發(fā)電機(jī)通常只能在低壓條件下運(yùn)行，發(fā)電后必須通過(guò)升壓變壓器才能在電網(wǎng)上輸送電能，這表明通過(guò)變壓器輸電時(shí)存在較大的功率損耗; 高壓發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與普通發(fā)電機(jī)并無(wú)特別之處，但高壓發(fā)電機(jī)定子繞組采用高壓電纜繞制，使得發(fā)電機(jī)可以運(yùn)行于高壓條件下，電機(jī)銅耗明顯降低，提高了功率變換器輸出電壓的等級(jí)，風(fēng)電系統(tǒng)經(jīng)變壓器升壓就可向電網(wǎng)輸電[7]。因省去了變壓器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電磁損耗較低，可靠性高。 11.儲(chǔ)能式發(fā)電機(jī)。對(duì)于風(fēng)電功率波動(dòng)的問(wèn)題，輸出功率較小的情況下，通過(guò)加設(shè)濾波電容，利用濾波電容削峰填谷的平滑作用可抑制功率大幅波動(dòng)；若輸出功率很大，波動(dòng)明顯，電容器容量必須很大，導(dǎo)致電容體積、成本大幅增加，這對(duì)電容器的性能、穩(wěn)定和可靠性要求很高，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)不容易。利用儲(chǔ)能式發(fā)電機(jī)，其輸出功率的波動(dòng)性將極大得到平緩控制，這就意味著風(fēng)電功率波動(dòng)導(dǎo)致大規(guī)模上網(wǎng)難這一技術(shù)難題能夠克服。這種電機(jī)容量很小，通常應(yīng)用于各種高低壓斷路器中，目前湘電對(duì)船舶用大功率儲(chǔ)能電機(jī)的研制正在進(jìn)行中，而在風(fēng)力發(fā)電中的研究多處于理論階段，尚無(wú)法投入使用。 幾種現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)中所用電機(jī)之間的比較： 項(xiàng)目 籠型電機(jī) 雙饋異步電機(jī) 無(wú)刷異步電機(jī) 雙速雙繞組異步電機(jī) 永磁同步電機(jī) 轉(zhuǎn)子類型 籠型 繞線式 繞線式 繞線式 永磁體式 變換器位置 定子側(cè) 轉(zhuǎn)子側(cè) 轉(zhuǎn)子側(cè) 定子側(cè) 定子側(cè) 變換器容量 為電機(jī)全部容量 為電機(jī)部分容量 為電機(jī)部分容量 為電機(jī)全部容量 為電機(jī)全部容量 有無(wú)齒輪箱 一般有 有 有 有 無(wú)（直驅(qū)式） 調(diào)速范圍 窄 較寬 較寬 較寬 寬 有無(wú)電刷滑環(huán) 有 有 無(wú) 有 無(wú) 能量流向 單向 雙向 雙向 雙向 雙向 成本 高 較低 較低 較低 低 效率 高 較低 較低 較低 低 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、易于維護(hù)、適宜惡劣的工作環(huán)境 機(jī)械承受應(yīng)力小，噪聲小，變換器容量小功率因素可調(diào)，控制靈活 轉(zhuǎn)速和功率因素可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，穩(wěn)定性好 穩(wěn)定性好，電氣損耗低適應(yīng)風(fēng)速變化范圍大 無(wú)勵(lì)磁裝置轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)損耗小，機(jī)械承受應(yīng)力及噪聲小，控制靈活，可靠性高，功率密度大，維護(hù)成本低 表二.電機(jī)之間的比較 現(xiàn)代的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大部分都還有增速裝置齒輪箱，降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體工作效率。由表二中，可以看出永磁式發(fā)電機(jī)的各方面都由于其它電機(jī)，因此永磁式電機(jī)是未來(lái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所使用電機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。 四．風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理和其構(gòu) （一）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理 現(xiàn)代變速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理就是通過(guò)葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械轉(zhuǎn)距，通過(guò)主軸傳動(dòng)鏈，經(jīng)過(guò)齒輪箱增速到異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后，通過(guò)勵(lì)磁變流器勵(lì)磁而將發(fā)電機(jī)的定子電能并入電網(wǎng)；如果超過(guò)了發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子也處于發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)變流器向電網(wǎng)饋電。由于風(fēng)力不可控而且不穩(wěn)定，一般的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能以后先向蓄電瓶充電，轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后由逆變電源向外輸出穩(wěn)定的電壓。 （二）風(fēng)電機(jī)的構(gòu)造 圖三.風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是僅由一個(gè)發(fā)電機(jī)頭組成，而是一個(gè)小系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)+充電器+數(shù)字逆變器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成（如圖一）。葉片用來(lái)接受風(fēng)力并通過(guò)機(jī)頭轉(zhuǎn)換為電能；尾翼使葉片始終對(duì)著來(lái)風(fēng)的方向，從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能?，F(xiàn)代的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。 機(jī)艙：機(jī)艙包含著風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可通過(guò)風(fēng)力發(fā)電塔進(jìn)入機(jī)艙，機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片及軸。 轉(zhuǎn)子葉片：捕獲風(fēng)能，并送到轉(zhuǎn)子軸心?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測(cè)量長(zhǎng)度大約為二十米。 軸心：轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸上。 低速軸：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心和齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)有的600千瓦電機(jī)上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19—30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來(lái)激發(fā)空氣動(dòng)力閘的運(yùn)行。 齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍，也就是將很低的風(fēng)速變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)也使發(fā)電機(jī)易于控制，輸出穩(wěn)定的頻率和電壓。 高速軸及其機(jī)械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動(dòng)力閘失效或電機(jī)維修時(shí)。 發(fā)電機(jī):恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般使用同步電機(jī)或者鼠籠式異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，通過(guò)定槳距失速控制的風(fēng)輪機(jī)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在恒定的數(shù)值繼而保證發(fā)電機(jī)端輸出電壓的頻率和幅值的恒定，其運(yùn)行范圍比較窄；變速系統(tǒng)主要分為同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。其中同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng);異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要是繞線異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。永磁同步發(fā)電機(jī)是利用永久磁鐵取代轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、牢固。永磁同步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是通過(guò)控制一套整流逆變裝置，將發(fā)電機(jī)輸出的變頻變壓交流電轉(zhuǎn)換為滿足電網(wǎng)要求的恒頻恒壓交流電。 偏航裝置：借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對(duì)著風(fēng)，風(fēng)輪掃過(guò)的面積總是垂直于風(fēng)向。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器通過(guò)風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)風(fēng)向。通常，在風(fēng)改變風(fēng)向時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)一次只會(huì)偏轉(zhuǎn)幾度。 液壓系統(tǒng)：用于調(diào)節(jié)葉片槳距，同時(shí)用作阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)?，F(xiàn)在電變距逐漸取代液壓變距。 電子控制器：包含一臺(tái)不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，并控制偏航裝置。為防止齒輪箱或發(fā)電機(jī)過(guò)熱而引起的故障，該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)電話調(diào)制解調(diào)器來(lái)呼叫風(fēng)力發(fā)電機(jī)操作員。 冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，冷卻發(fā)電機(jī)；油冷元件，用于冷卻齒輪箱中的油。 塔：風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常塔越高越有優(yōu)勢(shì)，離地面越高，風(fēng)力越大。現(xiàn)代600千瓦風(fēng)輪機(jī)的塔高40—60米，分為管狀和格子狀。 風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向。 五．風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù) （一）功率調(diào)節(jié)是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)之一。 傳統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)方式主要有定槳距失速調(diào)節(jié)、變槳距節(jié)、主動(dòng)失速調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)等。控制系統(tǒng)通過(guò)若干傳感器及時(shí)收集風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)力等信息,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理、調(diào)整,使風(fēng)機(jī)能夠適應(yīng)風(fēng)力的變化,在較佳狀態(tài)下運(yùn)行。定槳距調(diào)節(jié)于20世紀(jì)80年代中期進(jìn)入風(fēng)電市場(chǎng),采用軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù),解決了風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)問(wèn)題和運(yùn)行的安全性和可靠性問(wèn)題,但發(fā)電效率較差。變槳距風(fēng)機(jī)于20世紀(jì)90年代進(jìn)入風(fēng)電市場(chǎng),機(jī)組起動(dòng)時(shí)可對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,并網(wǎng)后可對(duì)功率進(jìn)行控制,使風(fēng)機(jī)的起動(dòng)性能和功率輸出特性都有了顯著改善。主動(dòng)失速控制是定槳距失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)方式的組合。低風(fēng)速時(shí)采用變槳距調(diào)節(jié),可達(dá)到更好的氣動(dòng)效率;達(dá)到額定功率后,槳距角減小,攻角增大,葉片失速效應(yīng)加大,從而降低了風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度,限制風(fēng)能捕獲。變速風(fēng)機(jī)于20世紀(jì)90年代中期進(jìn)入風(fēng)電市場(chǎng),其特點(diǎn)是:低于額定風(fēng)速時(shí),能跟蹤最佳功率曲線,使風(fēng)機(jī)具有最佳的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率;高于額定風(fēng)速時(shí),增加了傳動(dòng)系統(tǒng)柔性,使功率輸出更穩(wěn)定。 21世紀(jì)初,效率更高的變槳變速雙饋風(fēng)電機(jī)組逐漸成為主力機(jī)型。對(duì)于2000kW以上的大容量機(jī)組,隨著單機(jī)容量增加,槳葉增大增長(zhǎng),在同一地區(qū),風(fēng)資源在不同高度的分布差別大,因此,當(dāng)漿葉處于高處和低處時(shí),風(fēng)力、槳葉的大小和分布都有很大的差別。智能變槳是隨著風(fēng)機(jī)單擊容量增大而出現(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)之一,是控制系統(tǒng)對(duì)3個(gè)槳葉分別單獨(dú)控制來(lái)轉(zhuǎn)換角度和方向,以更好地調(diào)整電能輸出,更有效地利用風(fēng)能,但同時(shí)也對(duì)槳葉控制、系統(tǒng)可靠性提出了更高要求。 （二）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)。 現(xiàn)代的大型并網(wǎng)發(fā)電機(jī)都逐漸采用雙饋繞線型異步發(fā)電機(jī)。雙饋異步型發(fā)電機(jī)具有兩種同步轉(zhuǎn)速，在并網(wǎng)切換時(shí)需要吸收電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償。變速風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的為頻率不斷變化的交流電，需要采用大功率高反壓的晶閘管整流-逆變裝置轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)頻率后才能送入電網(wǎng)；單臺(tái)機(jī)組自身有較全的保護(hù)系統(tǒng)，風(fēng)力機(jī)主電路出口處裝有速斷過(guò)流保護(hù)，還設(shè)有三相電流不平衡、缺相、過(guò)壓欠壓、高周低周和功率限制等保護(hù)；針對(duì)異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)沖擊電流比較大，現(xiàn)代的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都配齊了性能優(yōu)越的軟并網(wǎng)控制電路，并網(wǎng)過(guò)程很平穩(wěn)，最高峰值電流被限制在額定電流之內(nèi)，整個(gè)過(guò)程十幾個(gè)周波到幾十個(gè)周波[10]。 六．風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展前景和問(wèn)題 （一）發(fā)展前景 近幾年風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)得到迅速發(fā)展，2010年我國(guó)總的發(fā)電裝機(jī)容量和新增發(fā)電裝機(jī)容量在全球排在第一位。隨著化石能源的不斷減少，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲越開越高，對(duì)新能源開發(fā)的腳步愈來(lái)愈快，風(fēng)能發(fā)電無(wú)疑成為了人們探索和發(fā)展的方向和目標(biāo)。我覺(jué)得以后的發(fā)展主要向這幾個(gè)方面進(jìn)行： 1.海上風(fēng)力發(fā)電。海上風(fēng)電由于資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定、開發(fā)影響相關(guān)方面較少和可以大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢(shì),受到廣泛關(guān)注。一項(xiàng)調(diào)查表明，同等裝機(jī)容量,海風(fēng)電場(chǎng)比陸上風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量可增加20%—50%[8]。 2.材料。研發(fā)新的具有良好性能的新材料。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于惡劣的環(huán)境，并且風(fēng)葉常年受強(qiáng)風(fēng)的影響，受損壞程度大，因此，對(duì)高性能材料的研究加大也是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方面。 3.并網(wǎng)技術(shù)。在注重大容量機(jī)組并網(wǎng)的同時(shí)，也不能忽略小容量機(jī)組的發(fā)展。小容量機(jī)組的并網(wǎng)比較難，但可以將它和其他的一些發(fā)電方式結(jié)合起來(lái)。近年有風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)在不斷發(fā)展，也可以考慮與潮汐能、地?zé)崮?、火電、水電等結(jié)合供電[9]，解決小容量機(jī)組并網(wǎng)難的問(wèn)題。 4.智能化。風(fēng)電系統(tǒng)的智能化對(duì)風(fēng)電機(jī)組的控制與檢測(cè)技術(shù)、建模與仿真研究、風(fēng)功率預(yù)測(cè)和管理技術(shù)、故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)、風(fēng)電資源的優(yōu)化配置與調(diào)度等諸多技術(shù)指標(biāo)均提出了新的高要求，是未來(lái)風(fēng)電技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。 （二）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也存在一部分問(wèn)題 1.風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)還不是成熟，仍有一些技術(shù)問(wèn)題尚未解決，設(shè)備資金和一些成本較高； 2.相關(guān)的政策和法律保護(hù)還不是很完善； 3.缺少相關(guān)的對(duì)各地風(fēng)力資源的勘探和調(diào)查。 七．相關(guān)文獻(xiàn) [1]李俊峰，施鵬飛，高虎. 2010中國(guó)風(fēng)電發(fā)展報(bào)告. 海口:海南出版社，2010，3-24. [2]李軍軍，吳政球，陳波. 風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述. 北京:中國(guó)電力出版社，2011，8. [3]吳聶根，程小華. 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述. 微電機(jī)，2009，69-73. [4]沙非，馬成廉，劉闖. 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制技術(shù)研究. 電網(wǎng)與清潔能源，2009，2. [5]李珊珊，何鳳有，昌現(xiàn)釗. 變速恒頻交流電機(jī)風(fēng)力發(fā)電技術(shù).電機(jī)與控制應(yīng)用，2008，3. [6]董萍，吳捷，陳淵睿. 新型發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用. 微特電機(jī)，2004，13-17. [7]魏偉. 風(fēng)力發(fā)電及相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì). 電氣技術(shù)，2008，5-11. [8]包耳，胡紅英. 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r與展望. 大連:大連民族學(xué)院出版社，2011，1. [9]仲昭陽(yáng)，王述洋，徐凱宏. 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及對(duì)策. 林業(yè)勞動(dòng)安全，2008，34-37. [10]蘭立君，王培紅，陸璐等.風(fēng)力發(fā)電及其關(guān)鍵技術(shù)研究.能源技術(shù)，2005，148-150. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 專業(yè)導(dǎo)論調(diào)研報(bào)告 題目：風(fēng)力發(fā)電的調(diào)研報(bào)告 姓名：王云鵬 學(xué)號(hào)：1110610124 學(xué)院：電氣學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：寇寶泉 2012年03月01日