1、0 风力发电系统电气控制设计 摘要 风力发电系统 电气 控制 技术是风力发电在控制领域的关键技术。 风力发电机组控制系统工作的安全可靠性已成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场长期安全可靠运行的重大问题。在实际应用过程中，尤其是一般风力发电机组控制与检测系统中 ,控制系统满足用户提出的功能上的要求是不困难的。往往不是控制系统功能而是它的可靠性直接影响风力发电机组的声誉。有的风力发电机组控制系统的功能很强 ,但由于工作不可靠 ,经常出故障 ,而出现故障后对一般用户来说维修又十分困难，于是这样一套控制系统可能发挥不了它应有 的作用。因此对于一个风力发电机组控制系统的设计和使用者来说 ,系统的
2、安全可靠性必须认真加以考虑 ,必须引起足够的重视。 我们的目的是希望通过控制系统的设计，采取必要的手段使我们的系统在规定的时间内不出故障或少出故障，并且在出故障之后能够以最快的速度修复系统 ,使之恢复正常工作。 关键词 ： 风力发电的基本原理 ； 风力发电机的基础理论 ； 风力发电控制系统 ； 风轮机的气动特性 ； 变桨距控制系统 。 1 1 绪论 1.1 国内外风力发电的现状与发展趋势 风能属于可再生能源，具有取之不尽、用 之不竭、无污染的特点。人类面临的能源、环境两大紧迫问题使风能的利用日益受到重视。我国的风能资源丰富，可利用的潜能很大，大力发展风、水电是我国长期的能源政策。而其中风电是可
3、再生能源中最具发展潜力和商业开发价值的能源方式。从 20 世纪 80 年代问世的现代并网风力发电机组，只经过 30 多年的发展，世界上 已 有近 50 个国家开发建设了风电场 (是前期总数的 3 倍 )， 2002 年底，风电场总装机容量约 31128 兆瓦 (是前期总数的 300 倍 )。 2005 年以来，全球风电累计装机容量年平均增长率为 27.3%，新增装机容量年平均增长率为 36.1%，保持着世界增长最快能源的地位。 2010 年全球装机容量达 196630MW，新装机容量 37642MW，比去年同期增长 23.6%。 目前，德国、西班牙和意大利三国的风电机组的装机容量约占到欧洲总量
4、的 65%。近年来，在欧洲大力发展风电产业的国家还有法国、英国、葡萄牙、丹麦、荷兰、奥地利、瑞典、爱尔兰。欧洲之外，发展风电的主要国家有美国、中国、印度、加拿大和日本。迄今为止，世界上已有 82 个国家在积极开发和应用风能资源。 海上风力资源条件优于陆地，将风电场从陆地向近海发展在欧洲已经成为一种新的趋势。有人把风电的 发展规划为 3 步曲，陆上风电技术（当前技术）一近海风电技术（正研发技术）一海上风电技术（未来发展方向）。 2010 年北美的装机容量有显著下降，美国年度装机容量首度不及中国；多数西欧国家风能发展处于饱和阶段，但风能产业在东欧国家得到显著发展；非洲风能发展主要集中在北非。 随着
5、海上风电的迅速发展，单机容量为 3 -6MW 的风电机组已经开始进行商业化运行。美国 7MW 风电机组已经研制成功，正在研制 10MW 机组；英国 10MW 机组也正在进行设计，挪威正在研制 14MW 的机组，欧盟正在考虑研制 20MW 的风电机组，全球各主要风 电机组制造厂家都在为未来更大规模的海上风电场建设做前期开发。 1.1.1 世界上风力发电的现状 近年来，世界风电发展持续升温，速度加快。现主要以德国、西班牙、丹麦和美国的一些公司为代表，大规模地促进了风电产业化和风机设备制造业的发展。经过四、五年时间的整合，国际上风机制造业大约有十几家比较好的大企业。 2003 年底，全世界风电是3800 万千瓦左右，而 2003 年一年就增加了 400 多万千瓦，仅德国到 2003 年底的装机容量就有 1600 万千瓦，其次是西班牙、美国、丹麦等国。国外风电 的发展趋势，一是发展速度加快，二是风机 机组从小型化向大型化发展 ,海上风电厂是下一步发展的主流。 全世界风力发电总装机容量 :1981 年为 105 万 kW,1994 年为 350 万 kW,1995 年达到 490
