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,系统的安全
2、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。而其中风电是可再
3、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的 65
4、%。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。
5、 随着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
6、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 2 万 kW,1996 年底为 607 万 kW,1997 年升至 780 万 kW,1998 年已达到 968.9 万 kW,2000 年 5 月已超过 1429 万 kWa 德国风力发电在装机容量方面居于世界领先地位，2000 年 5 月已达 到 4635 万 kW;丹麦是开发风电最早的国家， 而且当前在风力发电技术和生产方面等仍处于 领先地位，全国装机容量 148 万 kW，占发电总装机容量的 5%以上。国际上许多国家都制 定了新世纪的风力发电计划，欧洲风能协会己制定出 2020 年欧洲风能装机容量 1.0X lOSMW 的目标，并写入了欧共体关于可再生能源的白皮书;欧洲风能委员会 CEWER)对 I99I
