第三章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)能二風(fēng)力發(fā)電技術(shù)三風(fēng)力發(fā)電概況一第一節(jié)風(fēng)力發(fā)電概況風(fēng)能是大氣運動形成的一種能源形式，其能量來自于大氣所吸收的太陽能。人類對風(fēng)能的利用歷史久遠(yuǎn)，早在公元10世紀(jì)，波斯就出現(xiàn)了水平轉(zhuǎn)動的風(fēng)磨。一、風(fēng)能利用的歷史公元12世紀(jì)，歐洲開始使用風(fēng)車抽水、碾磨谷物，此后風(fēng)車一直是主要的動力機械之一。在我國3000年前的商代：開始出現(xiàn)帆船唐代：“乘風(fēng)破浪會有時，直掛云帆濟(jì)滄?！泵鞔亨嵑拖挛餮竺鞔螅核螒?yīng)星《天工開物》有：“揚郡以風(fēng)帆數(shù)扇，俟風(fēng)轉(zhuǎn)車，風(fēng)息則止”現(xiàn)在所說的風(fēng)能利用主要是指風(fēng)力發(fā)電。采用風(fēng)力渦輪機發(fā)電的設(shè)想始于1890年丹麥的一項風(fēng)力發(fā)電計劃，到1918年丹麥已經(jīng)投入運行了120臺風(fēng)力發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電走向規(guī)模化應(yīng)用還是在20世紀(jì)90年代以后，風(fēng)力發(fā)電的裝機容量開始以每年平均20%以上的速度增長，已成為世界上各種能源中增長最快的一種。據(jù)統(tǒng)計，2007年全球風(fēng)力發(fā)電新增裝機容量19.8GW，總裝機容量達(dá)到94GW，風(fēng)力發(fā)電的總量已占全球電力消費總量的1%以上。2018年全球新增裝機51.3GW，其中陸上風(fēng)電新增裝機46.8GW,海上風(fēng)電新增裝機4.5GW。2018年全球風(fēng)電累計裝機首次突破600GW大關(guān)，所發(fā)電量占全球電力需求的6%。二、我國風(fēng)力發(fā)電概況我國風(fēng)能資源非常豐富。2006年國家氣候中心研究結(jié)果表明，我國陸地10米高度層可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量除青藏高原外總量約為25億kW，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約為7.5億kW，共計約32.5億kW。我國的風(fēng)電事業(yè)起步較晚，在20世紀(jì)末，風(fēng)力發(fā)電機組的制造還主要在于簡單的小型家用風(fēng)力發(fā)電機組。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的風(fēng)電裝機容量開始快速增長，2006年底，裝機容量上升到將近260萬kW。根據(jù)全球風(fēng)能理事會的統(tǒng)計，截止2018年，中國風(fēng)電裝機容量高達(dá)211GW，超過了美國的兩倍，分額超全球三分之一。在過去的10年里，風(fēng)電行業(yè)從萌芽期、探索期一直發(fā)展到現(xiàn)階段的快速成長期。2019年，全國累計并網(wǎng)容量21005萬千瓦，同比增長14%。2019年內(nèi)新增風(fēng)電并網(wǎng)容量為2579萬千瓦，較2018年的2059萬千瓦增長25.25%。風(fēng)力發(fā)電機組經(jīng)過三十余年的發(fā)展，容量從十千瓦級增大到兆瓦級，從90年代定槳距失速型風(fēng)電機組為主導(dǎo)機型，向變速變距型風(fēng)電機組為主流機型的方向發(fā)展，且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成了風(fēng)力發(fā)電的大勢所趨。風(fēng)電裝機容量約以平均每年增幅30%的速度在增長，成為增長速度最快的清潔能源。新疆達(dá)坂城是我國最早建設(shè)規(guī)模化風(fēng)電場的地區(qū)，于1989年建成的達(dá)坂城風(fēng)電一場是我國第一個風(fēng)能發(fā)電場，所有設(shè)備全部從丹麥引進(jìn)。廣東省南澳島風(fēng)電場是我國第一個海島風(fēng)電場。南澳島是廣東唯一一個島縣，東南季風(fēng)長，風(fēng)力資源豐富，風(fēng)況屬世界最佳之列。到2005年底，裝機容量達(dá)到5.6萬kW，是亞洲最大的海島風(fēng)電場。內(nèi)蒙古輝騰錫勒風(fēng)電場

這里曾經(jīng)是亞洲最大的風(fēng)力發(fā)電場，地處內(nèi)蒙古高原，海撥高，又是一個風(fēng)口，風(fēng)力資源非常豐富，10米高度年平均風(fēng)速7.2米/秒，風(fēng)力發(fā)電場為草原新景，被譽為“中國最美的風(fēng)力發(fā)電場”，它使眾多的游客駐足相觀，留連忘返。甘肅酒泉千萬千瓦級風(fēng)力電場

這里是我國第一個千萬千瓦級風(fēng)電基地，也是目前世界上最大的風(fēng)力發(fā)電基地。酒泉千萬千瓦級風(fēng)力電場是國家繼西氣東輸、西油東輸、西電東送和青藏鐵路之后，西部大開發(fā)的又一標(biāo)志性工程，被譽為“風(fēng)電三峽”。截至2016年底，酒泉市風(fēng)電裝機達(dá)915萬千瓦，占全省風(fēng)電裝機的71.6%，全國的6.2%三、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點以及負(fù)面影響

風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點風(fēng)能是可再生能源形式，有利于可持續(xù)發(fā)展。有利于環(huán)境保護(hù)。隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟，風(fēng)電成本越來越低，可以和其他能源形式相競爭。

風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響間接的不可再生能源利用和污染物排放。機組生產(chǎn)過程中造成的污染物的排放是風(fēng)電的間接污染物排放。風(fēng)電可能對鳥類造成傷害噪聲問題對無線電通信的干擾安全問題，葉片折斷傷人等第二節(jié)風(fēng)能一、風(fēng)的描述地球轉(zhuǎn)動，地表的地形差異，以及云層遮擋和太陽輻射角度的差別，使地面受熱不均。不同地區(qū)的溫差和空氣中水蒸汽含量不同，形成不同的氣壓區(qū)?？諝鈴母邭鈮簠^(qū)域向低氣壓區(qū)域的自然流動，稱為大氣運動。高低緯度的溫度差異在氣象學(xué)上，一般把垂直方向的大氣運動稱為氣流，水平方向的大氣運動就是風(fēng)。風(fēng)能是一種無污染的、可再生的能源，取之不盡，用之不竭，分布廣泛，但能量密度相對較低，具有時空上的不穩(wěn)定性。研究風(fēng)能的利用離不開對風(fēng)的特性描述，風(fēng)的最大特性是它的變化性。對于風(fēng)能的利用來講，我們主要關(guān)心風(fēng)速和風(fēng)向。風(fēng)速的特性風(fēng)速是指空氣的移動速度，即單位時間內(nèi)空氣在水平方向上移動的距離。瞬時風(fēng)速稱為有效風(fēng)速，即實際發(fā)生作用的風(fēng)速，通常指很短時間間隔內(nèi)的風(fēng)速。平均風(fēng)速是很長時間內(nèi)風(fēng)速的平均值，實際上是在較長時間范圍內(nèi)，多次風(fēng)速測量的平均值。

風(fēng)力等級風(fēng)級是根據(jù)風(fēng)對地面或海面物體影響而引起的各種現(xiàn)象，按風(fēng)力的強度等級來估計風(fēng)力的大小。從無風(fēng)（0.0~0.2m/s）到颶風(fēng)（大于32.6m/s）分為12個等級。風(fēng)級名稱相應(yīng)風(fēng)速(m/s)表現(xiàn)0無風(fēng)0-0.2零級無風(fēng)炊煙上1軟風(fēng)0.3-1.5一級軟風(fēng)煙稍斜2輕風(fēng)1.6-3.5二級輕風(fēng)樹葉響3微風(fēng)3.4-5.4三級微風(fēng)樹枝晃4和風(fēng)5.5-7.9四級和風(fēng)灰塵起5清勁風(fēng)8-10.7五級清風(fēng)水起波6強風(fēng)10.8-13.8六級強風(fēng)大樹搖7疾風(fēng)13.9-17.1七級疾風(fēng)步難行8大風(fēng)17.2-20.7八級大風(fēng)樹枝折9烈風(fēng)20.8-24.4九級烈風(fēng)煙囪毀10狂風(fēng)24.5-28.4十級狂風(fēng)樹枝拔11暴風(fēng)28.5-32.6十一級暴風(fēng)陸罕見12颶風(fēng)>32.6十二級颶風(fēng)浪滔天

風(fēng)向風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向，如果風(fēng)從北方吹來，就稱為北風(fēng)。風(fēng)向一般用8個或16個方位表示，也可以用角度表示，以正北為基準(zhǔn)，順時針方向旋轉(zhuǎn)，東風(fēng)為90°，南風(fēng)為180°，西風(fēng)為270°，北風(fēng)為360°。

風(fēng)向“玫瑰”圖風(fēng)是矢量，既有大小，也有方向。風(fēng)的大小隨時變化，其方向也是不穩(wěn)定的。各種風(fēng)向的出現(xiàn)頻率通常用風(fēng)向玫瑰圖表示，根據(jù)玫瑰圖可以看出哪個方向上的風(fēng)具有優(yōu)勢。

風(fēng)能的能量密度風(fēng)中流動的空氣所具有的能量，稱為風(fēng)能。

風(fēng)能密度，就是單位面積上流過的風(fēng)能。S為截面積;ρ表示氣流密度，kg/m3；v為氣體的速度，m/s。從風(fēng)能公式可以看出，風(fēng)能的大小與氣流密度和通過的面積成正比，與氣流速度的立方成正比。按照風(fēng)能資源的多少可以劃分成這樣幾個區(qū)域：最大風(fēng)能資源區(qū)。我國的最大陸上風(fēng)能資源區(qū)是東南沿海一帶及其島嶼，這一帶的面積相對較小，只在由海岸向內(nèi)陸幾十公里的范圍內(nèi)才有較大的風(fēng)能資源。次最大風(fēng)能資源區(qū)。為內(nèi)蒙古和甘肅北部。這一帶面積遼闊，終年在西風(fēng)帶的控制之下，適合大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電，是我國最大的風(fēng)能資源區(qū)。二、風(fēng)能資源大風(fēng)能資源區(qū)。黑龍江和吉林省北部、遼東半島的沿海區(qū)。較大風(fēng)能資源區(qū)。除了上述地區(qū)以外的三北北部、青藏高原和其他沿海地區(qū)，其中青藏高原風(fēng)速全年出現(xiàn)時間可達(dá)6500h，但由于海拔高，空氣密度小，風(fēng)能密度也小。最小風(fēng)能資源區(qū)。云、貴、川地區(qū)，陜西南部，河南南部，湖南南部，福建、兩廣地區(qū)及塔里木盆地。其中西雙版納和四川盆地的風(fēng)能最小，只有部分山頂和峽谷等特殊地形的地區(qū)才可能進(jìn)行風(fēng)能利用。中國的風(fēng)能資源主要集中在兩個帶狀地區(qū),一條是“三北(東北、華北、西北)地區(qū)豐富帶”,其風(fēng)能功率密度在200瓦/平方米～300瓦/平方米以上,有的可達(dá)500瓦/平方米以上,如阿拉山口、達(dá)坂城、輝騰錫勒、錫林浩特的灰騰梁等,這些地區(qū)每年可利用風(fēng)能的小時數(shù)在5000小時以上，有的可達(dá)7000小時以上。從新疆到東北,面積大、交通方便、地勢平,風(fēng)速隨高度增加很快，三北地區(qū)風(fēng)能在上百萬千瓦的場地有四五個,這是歐洲沒法比的。而這個地帶的缺點是建網(wǎng)少,發(fā)出的電上不了網(wǎng)。一條是東部沿海風(fēng)帶，主要位于沿海幾十公里的大陸海岸和海道，其風(fēng)能資源比三北風(fēng)帶還好，海道煤和石油依靠大陸，電力聯(lián)網(wǎng)困難，發(fā)展風(fēng)電迫在眉睫。第三節(jié)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電原理：利用風(fēng)的動能來驅(qū)動風(fēng)力機，風(fēng)力機帶動發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電。簡單的說風(fēng)力發(fā)電就是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能進(jìn)而將機械能再轉(zhuǎn)換為電能的過程。風(fēng)力發(fā)電機組一般由風(fēng)力機、發(fā)電機、支撐部件、基礎(chǔ)以及電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。風(fēng)并非“推”動風(fēng)輪葉片，而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會產(chǎn)生升力，令風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)并不斷橫切氣流。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。

風(fēng)力發(fā)電機組分類（1）按容量大小分為，微型(1kW以下)、小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型(100kw以上)機。（2）按轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向的關(guān)系，分為水平軸和垂直軸兩種形式。

水平軸風(fēng)力機：風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向或地面平行垂直軸風(fēng)力機：風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向或地面垂直

風(fēng)力發(fā)電機組分類水平軸風(fēng)力機水平軸風(fēng)力發(fā)電機組，是指風(fēng)輪軸線基本與地面平行安置在垂直地面的塔架上。水平軸風(fēng)力發(fā)電機機艙里主要設(shè)備有主傳動軸、齒輪箱、發(fā)電機、剎車裝置、機架、控制設(shè)備等。水平軸風(fēng)力機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行，其風(fēng)能利用系數(shù)高，技術(shù)非常成熟，水平軸風(fēng)力發(fā)電機是目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力發(fā)電機。

風(fēng)力發(fā)電機組分類垂直軸風(fēng)力機：風(fēng)杯式風(fēng)力機風(fēng)輪的軸垂直于地面安裝，是垂直軸風(fēng)力機，任何方向的水平風(fēng)力都可以使它旋轉(zhuǎn)，右圖為四個風(fēng)杯的風(fēng)力機。

風(fēng)力發(fā)電機組分類垂直軸風(fēng)力機：Ф型升力型的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩由葉片的升力提供，是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的主流，尤其是風(fēng)輪像打蛋形的最流行。

風(fēng)力發(fā)電機組分類（3）水平軸風(fēng)力發(fā)電機按葉片數(shù)，分為單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片風(fēng)力發(fā)電機，其中三葉片由于穩(wěn)定性好，得到廣泛應(yīng)用。

風(fēng)力發(fā)電機組分類（4）按風(fēng)輪與塔架的相對位置，分為順風(fēng)式和迎風(fēng)式?，F(xiàn)代用于兆瓦級發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機多采用水平軸、迎風(fēng)式、三葉片的風(fēng)力機。一、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

小型風(fēng)力發(fā)電機組多用于離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，主要由小型風(fēng)力發(fā)電機、控制器、蓄電池和逆變器構(gòu)成。

（1）小型風(fēng)力發(fā)電機。小型風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，一般由風(fēng)輪、發(fā)電機、尾舵、限速裝置、塔管組成。風(fēng)輪

由葉片、輪轂、整流罩組成，是風(fēng)力發(fā)電機最重要的部件之一，接受風(fēng)能，并把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能。發(fā)電機

將機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備。尾舵

小型風(fēng)力發(fā)電機的對風(fēng)裝置。限速裝置

為防止小型風(fēng)力發(fā)電機組超速而設(shè)置的裝置。塔架用來支撐風(fēng)力發(fā)電機的主要部件。

（2）控制器控制器的主要作用是控制和顯示風(fēng)力發(fā)電機對蓄電池的充電狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速，發(fā)電機產(chǎn)生的電壓和電流達(dá)到蓄電池的充電要求時，形成穩(wěn)定的電壓和電流輸出，進(jìn)而向蓄電池組充電；而當(dāng)風(fēng)力達(dá)到切出風(fēng)速、發(fā)電機產(chǎn)生的電壓和電流超出蓄電池的充電要求或在蓄電池組已充滿時，斷開充電電流，形成卸荷，進(jìn)而保護(hù)蓄電池不會過充。

（3）逆變器逆變器的主要作用是將低壓直流電和蓄電池儲存的電能轉(zhuǎn)化成220V/50Hz的交流電，進(jìn)而滿足各種用電要求。（4）儲能裝置由于風(fēng)具有不確定性，因此獨立運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般要配備儲能系統(tǒng)或與其他發(fā)電裝置聯(lián)合運行。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄能方式一般有蓄電池蓄能、抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、飛輪蓄能、電解水制氫蓄能等多種形式，目前最常用的是蓄電池儲能。二、兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組

風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能不是直接供當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷使用，而是輸送到區(qū)域或大電網(wǎng)中。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組可分為風(fēng)輪、機艙、塔架和基礎(chǔ)幾個部分。1.風(fēng)輪風(fēng)輪是獲取風(fēng)中能量的關(guān)鍵部件，由葉片、輪轂和整流罩組成，變槳距風(fēng)力機還包括變槳系統(tǒng)。風(fēng)輪的輪轂把葉片和輸出軸連接在一起，葉片具有空氣動力外形，在氣流作用下產(chǎn)生力矩，驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，再通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。1.風(fēng)輪（1）葉片葉片是捕捉風(fēng)能的部件，外形類似飛機的機翼，一面向上凸起，另一面較平直。風(fēng)能利用系數(shù)Cp

葉片捕捉的風(fēng)能總是小于風(fēng)的動能，通常把風(fēng)力機從風(fēng)中吸收的能量與輸入風(fēng)能之比稱為風(fēng)能利用系數(shù)。理想的風(fēng)能利用系數(shù)Cp的最大值是0.593，即貝茲理論的極限值。Cp值越大，表示風(fēng)輪機能夠從自然界中獲得的能量百分比越大，風(fēng)輪機的效率越高，即風(fēng)輪機對風(fēng)能的利用率也越高。對實際有用的風(fēng)輪機來說，風(fēng)能利用系數(shù)主要取決于風(fēng)輪葉片的氣動和機構(gòu)設(shè)計及制造工藝水平。如高性能螺旋槳式風(fēng)力機，其Cp值一般是0.45，而阻力型風(fēng)輪機只有0.15左右。1.風(fēng)輪（2）輪轂輪轂為球鐵件，直接安裝在主軸上，負(fù)責(zé)連接主軸和葉片，將風(fēng)輪的扭矩傳遞給齒輪箱或發(fā)電機。1.風(fēng)輪（3）導(dǎo)流罩導(dǎo)流罩是用來減小對風(fēng)的阻力和保護(hù)輪轂中的設(shè)備的裝置，一般用玻璃鋼材料制造。（4）變槳系統(tǒng)變槳系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機中調(diào)節(jié)功率的裝置，它包含電機，齒輪箱和變槳軸承。2.機艙機艙由底盤和機艙罩組成，機艙內(nèi)安裝著風(fēng)力發(fā)電機組的大部分傳動、發(fā)電、控制等重要的設(shè)備，包括主軸、齒輪箱、發(fā)電機、液壓裝置、偏航裝置和電控柜等，是風(fēng)力發(fā)電機組最重要的部件。2.機艙（1）傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)包括主軸、齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)。對于容量較大的風(fēng)電機組，因風(fēng)輪轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機發(fā)電的要求，往往通過齒輪箱的增速作用來實現(xiàn)。而并網(wǎng)運行的發(fā)電機必須要求在同步轉(zhuǎn)速左右才能運行，故風(fēng)力發(fā)電機組一般都在主軸與發(fā)電機之間安裝有增速傳動機構(gòu)。齒輪箱也稱為增速箱。齒輪箱的主要功能就是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應(yīng)轉(zhuǎn)速。對于大型風(fēng)力發(fā)電機，由于限制其轉(zhuǎn)速，傳動裝置的增速比一般為40-50。這樣，可以降低發(fā)電機重量，從而降低成本。2.機艙（2）偏航系統(tǒng)

風(fēng)向不斷變化，風(fēng)輪葉片正對來風(fēng)方向，才能輸出最大的風(fēng)能。偏航系統(tǒng)的功能就是跟蹤風(fēng)向的變化，驅(qū)動機艙圍繞塔架中心線旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面與風(fēng)向保持垂直。

偏航系統(tǒng)通常有：

1）尾舵對風(fēng)

2）調(diào)相電動機對風(fēng)

小型風(fēng)力發(fā)電機

大型風(fēng)力發(fā)電機

大型風(fēng)力發(fā)電機偏航系統(tǒng)的主要功能有：1）正常運行時主動對風(fēng)2）扭纜時自動解纜在偏航過程中，機艙有可能沿著同一方向累計轉(zhuǎn)了很多圈，若風(fēng)機連續(xù)向某一方向偏轉(zhuǎn)，則會使電纜纏繞或扭斷。3）失速保護(hù)時偏離風(fēng)向當(dāng)有特大強風(fēng)發(fā)生時，停機、釋放葉尖阻尼板，槳距調(diào)到最大，偏航90°側(cè)風(fēng)，以保護(hù)風(fēng)輪免受破壞。

2.機艙（3）風(fēng)力發(fā)電機

早期風(fēng)電系統(tǒng)中大多采用恒速恒頻風(fēng)電機組，恒速恒頻風(fēng)電機組的發(fā)電機轉(zhuǎn)速保持不變，其運行范圍比較窄，因此逐步被后來的變速恒頻機組所取代。變速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，而通過其他控制方式來得到恒頻電能。可按照捕獲最大風(fēng)能的要求,在風(fēng)速變化的情況下實時地調(diào)節(jié)風(fēng)力機轉(zhuǎn)速,使之始終運行在最佳轉(zhuǎn)速上,從而提高機組發(fā)電效率,優(yōu)化風(fēng)力機的運行條件。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)風(fēng)力機把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動能。齒輪箱將風(fēng)力機的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為發(fā)電機運行所需高轉(zhuǎn)速。發(fā)電機把風(fēng)力機輸出的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。發(fā)電機側(cè)變流器將發(fā)電機發(fā)出的變頻交流轉(zhuǎn)換為直流。直流環(huán)節(jié)的電壓控制一般為恒定。網(wǎng)側(cè)變流器使直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗾也ń涣麟?，并能有效的補償電網(wǎng)功率因數(shù)。變壓器把電能變?yōu)楦邏航涣麟?。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類在變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中，主要有以下幾種風(fēng)電系統(tǒng)：永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)異步雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)異步電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)目前應(yīng)用較為廣泛且較有發(fā)展前景的主要是雙饋式和永磁直驅(qū)式。永磁直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)是未來風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。

雙饋式的主要特點是采用了風(fēng)輪可變速變槳運行，傳動系統(tǒng)采用齒輪箱增速和雙饋異步發(fā)電機并網(wǎng)。

直驅(qū)式采用了風(fēng)輪與發(fā)電機直接耦合的傳動方式，發(fā)電機多采用多極同步電機，通過全功率變頻裝置并網(wǎng)。直驅(qū)技術(shù)的最大特點是可靠性和效率都進(jìn)一步得到了提高。

缺點為了讓風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速相匹配，必須在風(fēng)輪和發(fā)電機之間用齒輪箱來聯(lián)接，這就增加了機組的總成本；而齒輪箱噪音大、故障率高、需要定期維護(hù)，并且增加了機械損耗；機組中采用的雙向變頻器結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜；電刷和滑環(huán)間也存在機械磨損。1）雙饋式風(fēng)力發(fā)電機優(yōu)點

采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電機。發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小。1）雙饋式風(fēng)力發(fā)電機

1）雙饋式風(fēng)力發(fā)電機

雙饋感應(yīng)發(fā)電機組是具有定、轉(zhuǎn)子兩套繞組的雙饋型異步發(fā)電機（DFIG），定子接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過電力電子變換器與電網(wǎng)相連，如下圖所示。

雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2）直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，是一種由風(fēng)力直接驅(qū)動發(fā)電機，亦稱無齒輪風(fēng)力發(fā)動機，這種發(fā)電機采用多極電機與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動的方式，免去齒輪箱這一傳統(tǒng)部件。由于齒輪箱是目前在兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機中屬易過載和過早損壞率較高的部件，因此，沒有齒輪箱的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)動機，具備低風(fēng)速時高效率、低噪音、高壽命、減小機組體積、降低運行維護(hù)成本等諸多優(yōu)點。

缺點永磁體增加了電機的成本，永磁物質(zhì)具去磁性，并且電機的功率因數(shù)不可控。2）直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機優(yōu)點風(fēng)輪與永磁同步發(fā)電機直接相連，無需升速齒輪箱。轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無需勵磁繞組，因此不存在勵磁繞組的損耗，提高了效率。轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)，運行更加安全可靠。2）直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機

2）直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機

直接驅(qū)動式變速恒頻（DDVSCF）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖所示，風(fēng)輪與同步發(fā)電機直接連接，無需升速齒輪箱。首先將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、幅值均變化的三相交流電，經(jīng)過整流后變?yōu)橹绷?，再通過逆變器變換為恒幅恒頻的三相交流電并入電網(wǎng)。通過電力電子變流器環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)有功和無功進(jìn)行控制，實現(xiàn)最大功率跟蹤，最大效率利用風(fēng)能。

機型和特性 雙饋型風(fēng)力發(fā)機組永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)維護(hù)成本 較高（齒輪箱故障多） 低系統(tǒng)價格 中 高系統(tǒng)效率 較高 高電控系統(tǒng)體積中 較大變流其容量 全功率的1/3 全功率變流變流系統(tǒng)穩(wěn)定性中高電機滑環(huán) 半年換碳刷，兩年換滑環(huán) 無碳刷，滑環(huán)電機重量 輕 重電機種類 勵磁雙饋型風(fēng)力發(fā)電機和直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機的特性比較直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機外觀特點：機艙短粗雙饋風(fēng)力發(fā)電機外觀特點：機艙細(xì)長2.機艙（4）制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機組中起制動作用裝置的總稱，一般包括氣動制動裝置和機械制動裝置。（5）冷卻系統(tǒng)為保證齒輪箱和發(fā)電機在正常的溫度范圍內(nèi)工作，防止發(fā)生過熱，需要循環(huán)冷卻裝置。發(fā)電機：水冷卻系統(tǒng)齒輪箱：油冷卻系統(tǒng)3.塔架風(fēng)速隨著高度的增加而增大，因此較高的塔架可以使風(fēng)輪機獲得更多的風(fēng)能。