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摘 要 风能是一种丰富、清洁和可再生的一次能源，实现可靠、高效、经济的“风能-机械能-电能”的转化和输送是当前研究的重要课题。针对风力发电控制问题，综述了国内外相关技术研究现状，分析了1.5 MW直驱永磁风力发电机的结构及原理，阐述了发电机组的并网技术。
关键词 风力发电；直驱永磁；并网
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0010-02
1 风力发电简介
风能跟太阳能一样属于一种可再生资源，具有清洁、丰富、一次性等特点，在社会与经济的发展过程中，它已经越来越成为一种被广泛重视的能源。风能的蕴藏量十分大，全世界范围内拥有的风力资源的总量大约有2.74×109 MW，在这些总能中绝大多数能够被我们加以利用，超过能够被开采利用的水资源十倍多全球目前有三大风力发电市场，它们分别是美国、德国、西班牙，而中国一直有储量很大的风能，因为中国国土面积的广阔，所以这些能源的分布很广，再加上我国近几年风电产业技术的飞速发展，中国将成为全球排名第四的风力发电市场。在现在的中国，风力发电行业将会拥有一个十分广阔、充满生机的发展前景，并将处于一个飞速发展的状态中。现在风电装机国产化以及规模化的不断实现，让风力发电的成本有了降低的可能，所以风电产业将成为一些人实现财富梦想的投资目标。
西部地区的新疆维吾尔自治区占总国土面积总数的15%，该区因为其得天独厚的地质条件，可产生丰富的电力资源。在新疆，可以开发利用的风区总面积超过了14万平方公里，主要分布在达坂城、罗布泊、塔城老风口以及小草湖等地，这些风区可装机总量大约在7900多万以上。新疆凭借着丰富的风能资源形成了对国内外风电企业具有强大吸引力的风电市场。有关部门对此做了初步的规划，要在2020年实现风电装机总容量千万千瓦余的突破，达到新疆风电可以大规模向外输送的目标。
2 风力发电机组的构成及分类
风力发电机组是将风能转化为电能的装置，主要是由风轮，机舱，塔架以及整体的基础底座组合而成的。其中风轮部分包括叶片与轮毂，它的工作原理是叶片本身变为具备空气动力的外部形态，当受到气流冲击的时候就能够形成一定的作用力从而风轮受力开始转动，最后轮毂再把转矩传送至主传动系统内部。机舱部分包括底盘、整流罩以及机舱罩，并且除了主控盘其他关键的零部件都是被安装在底盘上面的。通过塔架的作用，机舱能够升至预先设定的位置，塔架上面还有其他一些重要的部分，包括连接电机与主控器的线路以及人员上下所需的梯子等等。基础底座主要就是由钢筋混凝土堆积建造而成，它能够把整个风力发电机组牢固的树立在地面之上，还要接防雷和接地装置。
依据不同的机组特性和应用目的，归纳风电机组主要类型及其控制系统特点有下述几种：根据可容量，我们可以把发电机组分成三种类型：可容量小于10千瓦的是小型发电机组；可容量在9千瓦以上，99千瓦以下的是中等规模发电机组；可容量在99千瓦以上的是大规模发电机组。以主轴与水平地面之间的关系作为标准可以分为水平轴和垂直轴两种类型的机组。在这两组发电机组中前者是作为成功的一组发电机，它的优势在于可以将风轮安置到高处，以避免地表状态对风轮运行的影响。水平轴发电机主要的构件，例如发电机、调向装置和主轴等都在发电机的舱内。
从机组风轮具备几个叶片这一方面我们能够将风轮分成以下几种类别：单叶片风力发电机组、双叶片风力发电机组、三叶片风力发电机组以及多叶片风力发电机组。按照机组风轮的位置可划分为：上风向风力发电机组、下风向风力发电机组。按照机组驱动链的型式可划分为：直驱型风力发电机组，双馈变速恒频型风力发电机组以及混合型风力发电机组。直驱永磁同步发电机直接与风力机相连接，其转速低、极数多，定、转子尺寸大，呈扁平状结构，具有转动惯量大的特点，有利于平抑因为风力不稳定造成的电势上下跳动。直驱型风力发电机组属于无齿轮箱变桨距变速的类别范畴，风轮轴不通过其他部件和低速发电机之间彼此连接，直驱型风力发电机组要采用全功率变流器。而双馈变速恒频型这一类别的风力发电机组而言，其内部多设置的风轮叶片桨距角不是固定不变的，能够根据实际所需进行适当的调整，并且这一类别的风力发电机组内部选择配备的是双馈型发电机，这种发电机是能够进行速度调节的，同时传输出来的电能也是恒定频率恒定电压的。混合型风力发电机组，混合型风力发电机组采用单级齿轮箱和中速发电机，是直驱型风力发电机组和传统型风力发电机组的混合。风力发电机组虽然有很多种分类，但目前占据主导地位的却是“三叶片、水平轴、上风向、变桨、变速、恒频型风力发电机组”。
3 1.5 MW直驱永磁风力发电机组结构
1.5 MW机组主要部件包括：叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、润滑系统、底座、塔架、电控系统和冷却系统等，如图1所示。
在整个风能发电机组内部叶片是最重要的吸收风力能源的部分，其配置了性能强劲的防雷设备。经变桨轴承实现与轮毂的连接。
轮毂最主要的功能就是把各个叶片牢固的连接起来，同时担负着叶片所输送的所有承载负荷，接着进一步传送至发电机的转动轴部分。轮毂是通过三个呈放射状的喇叭口啮合在一起组成的。
发电机能够把通过叶轮旋转产生的机械动能进一步转化成电力能源。发电机内部配备的电机属于多极永磁同步类别，这种电机具有结构简單、运行可靠、效率高、体积小等优点，永磁同步发电机的额定功率为1580 kW、额定转速20.5rpm、转速范围 9rpm～17.3rpm、极数88极、额定电压690 V。
自动偏航系统能够根据风向标所提供的信号自动确定风力发电机组的方向。当风向发生偏转时，控制系统根据风向标的检测信号，控制偏航驱动装置使机舱偏航对风。偏航系统在工作时带有阻尼控制，按照优化的偏航速度，使机组偏航旋转更加平稳。
关键词 风力发电；直驱永磁；并网
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0010-02
1 风力发电简介
风能跟太阳能一样属于一种可再生资源，具有清洁、丰富、一次性等特点，在社会与经济的发展过程中，它已经越来越成为一种被广泛重视的能源。风能的蕴藏量十分大，全世界范围内拥有的风力资源的总量大约有2.74×109 MW，在这些总能中绝大多数能够被我们加以利用，超过能够被开采利用的水资源十倍多全球目前有三大风力发电市场，它们分别是美国、德国、西班牙，而中国一直有储量很大的风能，因为中国国土面积的广阔，所以这些能源的分布很广，再加上我国近几年风电产业技术的飞速发展，中国将成为全球排名第四的风力发电市场。在现在的中国，风力发电行业将会拥有一个十分广阔、充满生机的发展前景，并将处于一个飞速发展的状态中。现在风电装机国产化以及规模化的不断实现，让风力发电的成本有了降低的可能，所以风电产业将成为一些人实现财富梦想的投资目标。
西部地区的新疆维吾尔自治区占总国土面积总数的15%，该区因为其得天独厚的地质条件，可产生丰富的电力资源。在新疆，可以开发利用的风区总面积超过了14万平方公里，主要分布在达坂城、罗布泊、塔城老风口以及小草湖等地，这些风区可装机总量大约在7900多万以上。新疆凭借着丰富的风能资源形成了对国内外风电企业具有强大吸引力的风电市场。有关部门对此做了初步的规划，要在2020年实现风电装机总容量千万千瓦余的突破，达到新疆风电可以大规模向外输送的目标。
2 风力发电机组的构成及分类
风力发电机组是将风能转化为电能的装置，主要是由风轮，机舱，塔架以及整体的基础底座组合而成的。其中风轮部分包括叶片与轮毂，它的工作原理是叶片本身变为具备空气动力的外部形态，当受到气流冲击的时候就能够形成一定的作用力从而风轮受力开始转动，最后轮毂再把转矩传送至主传动系统内部。机舱部分包括底盘、整流罩以及机舱罩，并且除了主控盘其他关键的零部件都是被安装在底盘上面的。通过塔架的作用，机舱能够升至预先设定的位置，塔架上面还有其他一些重要的部分，包括连接电机与主控器的线路以及人员上下所需的梯子等等。基础底座主要就是由钢筋混凝土堆积建造而成，它能够把整个风力发电机组牢固的树立在地面之上，还要接防雷和接地装置。
依据不同的机组特性和应用目的，归纳风电机组主要类型及其控制系统特点有下述几种：根据可容量，我们可以把发电机组分成三种类型：可容量小于10千瓦的是小型发电机组；可容量在9千瓦以上，99千瓦以下的是中等规模发电机组；可容量在99千瓦以上的是大规模发电机组。以主轴与水平地面之间的关系作为标准可以分为水平轴和垂直轴两种类型的机组。在这两组发电机组中前者是作为成功的一组发电机，它的优势在于可以将风轮安置到高处，以避免地表状态对风轮运行的影响。水平轴发电机主要的构件，例如发电机、调向装置和主轴等都在发电机的舱内。
从机组风轮具备几个叶片这一方面我们能够将风轮分成以下几种类别：单叶片风力发电机组、双叶片风力发电机组、三叶片风力发电机组以及多叶片风力发电机组。按照机组风轮的位置可划分为：上风向风力发电机组、下风向风力发电机组。按照机组驱动链的型式可划分为：直驱型风力发电机组，双馈变速恒频型风力发电机组以及混合型风力发电机组。直驱永磁同步发电机直接与风力机相连接，其转速低、极数多，定、转子尺寸大，呈扁平状结构，具有转动惯量大的特点，有利于平抑因为风力不稳定造成的电势上下跳动。直驱型风力发电机组属于无齿轮箱变桨距变速的类别范畴，风轮轴不通过其他部件和低速发电机之间彼此连接，直驱型风力发电机组要采用全功率变流器。而双馈变速恒频型这一类别的风力发电机组而言，其内部多设置的风轮叶片桨距角不是固定不变的，能够根据实际所需进行适当的调整，并且这一类别的风力发电机组内部选择配备的是双馈型发电机，这种发电机是能够进行速度调节的，同时传输出来的电能也是恒定频率恒定电压的。混合型风力发电机组，混合型风力发电机组采用单级齿轮箱和中速发电机，是直驱型风力发电机组和传统型风力发电机组的混合。风力发电机组虽然有很多种分类，但目前占据主导地位的却是“三叶片、水平轴、上风向、变桨、变速、恒频型风力发电机组”。
3 1.5 MW直驱永磁风力发电机组结构
1.5 MW机组主要部件包括：叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、润滑系统、底座、塔架、电控系统和冷却系统等，如图1所示。
在整个风能发电机组内部叶片是最重要的吸收风力能源的部分，其配置了性能强劲的防雷设备。经变桨轴承实现与轮毂的连接。
轮毂最主要的功能就是把各个叶片牢固的连接起来，同时担负着叶片所输送的所有承载负荷，接着进一步传送至发电机的转动轴部分。轮毂是通过三个呈放射状的喇叭口啮合在一起组成的。
发电机能够把通过叶轮旋转产生的机械动能进一步转化成电力能源。发电机内部配备的电机属于多极永磁同步类别，这种电机具有结构简單、运行可靠、效率高、体积小等优点，永磁同步发电机的额定功率为1580 kW、额定转速20.5rpm、转速范围 9rpm～17.3rpm、极数88极、额定电压690 V。
自动偏航系统能够根据风向标所提供的信号自动确定风力发电机组的方向。当风向发生偏转时，控制系统根据风向标的检测信号，控制偏航驱动装置使机舱偏航对风。偏航系统在工作时带有阻尼控制，按照优化的偏航速度，使机组偏航旋转更加平稳。