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摘要：变速风力发电技术具有高效性以及实用性，正因如此，它现在越来越受到关注，可以预见变速风力发电的发展前景。风力发电作为能够有效解决环境和能源问题的有效途径，在全世界都得到了快速发展，我国也不例外。随着风力发电的发展，风力发电机容量不断增长，给电力系统带来某些新问题。
关键词：变速风力；发电系统；建模；控制
Abstract: variable speed wind power generation technology has high efficiency and practicability, because of this, it is now more and more attention, can foresee the prospect of variable speed wind power generation. Wind power is an effective way to solve the problems of environment and energy, has developed rapidly in the world, China is no exception. With the development of wind power, wind power generator capacity increasing, bring some new problems to the power system.
Keywords: variable speed wind power generation system; modeling; control
[中圖分类号] TM315 [文献标识码]A[文章编号]
风能资源的状况对风力发电机的发电能力起决定性的作用，因此风能发电机的发电能力无法准确预测和控制，这一情况给风力发电投资以及电力系统的运行和管理带来了一定程度上的困难。风速的不断变化会对风力发电机以及和风力发电机有联系的电力系统造成一定的影响，如果能掌握电力系统和风力发电机组之间的相互影响和相互作用的规律，那么就能保证风力发电系统的安全运行。
风力发电技术的发展与现状
风能的应用有比较长的历史了，在比较早的时候，风能的利用主要是以风力机等机械直接带动，产生所需的动力为主要形式。随着电动机、发电机等机械和技能的出现，风力发电逐渐成为了一种专门的技术。在一九八八年，美国出现用风带动直流发电机，以此来给电池组充电的技术。在这之后，又发明了用变速直流发电机带电动机的技术系统，但是此技术由于变速直流发电机发出的电压是随转速发生不断的变化的，所以只能用在对电压要求不是很高的地方。这种直流机曾经得到了极大的发展，但是，随着交流电、电网互联、变压装置等等技术的不断出现而逐渐被取代，只在较偏远的地区还在应用。
在目前环境和能源问题日益突出的情况下，为了可以大规模利用风力和风能发电，就要求我们必须发展并网型风力发电技术，凭借电力网络以达到对风力发电在空间和时间上的最有效利用。在一九三九年，美国发明出了一台并网型风力发电机组，它采用了恒速风机，具有很好的并入交流电网性能。在此之后，在缓慢的风力发电发展的过程之中，此类风力发电机差不多都采用了恒速风机。
但是，由于种种原因，也为了提高风能的利用效率，必须设法发明变速恒频的风力发电系统。二十世纪七十年代中期后，出现了交流并网型变速风力发电机。随着技术的不断发展，变速风力发电机也有了不断的提高。
二、变速恒频发电机系统的基本原理
风力发电机的主要捕捉能量的部件是叶轮，叶轮将捕获到的风能经过齿轮箱送入发电机，之后再流入电网。变速恒频机型和恒速恒频机型相比，优越性在于低风速时能够随风速变化，并在运行时保持着最佳状态，争取获得最大的风能利用系数。变速风力发电机在运行时可分为以下几个阶段：起动阶段，就是发电机从静止到切入转速，此时发电机其实并没有工作，因此并不涉及变速控制。第二个阶段是最佳叶尖速比运行区，此阶段是机组切入电网后，在额定风速以内的区域运行，并开始发电，且根据风速的不断变化变速风力发电机可以一直运行，以便可以在最大程度上获得能量。最后两阶段是恒转速运行区及恒功率运行区。
三、变速风力发电机的控制
按变速风力发电机在运行上的特点，最基本的控制方法是：低风速段，恒定的值运行，要保持最佳的叶尖速比，最大的捕获能量效率，到转速达到极限为止，接下来按照恒定的转速进行控制，等到功率最大时，进行恒功率控制。
在开发变速机型的过程中，经过对单一的变距和变速的实验研究表明，在风速条件高于额定时，加入变浆距调节机组，可以显著提高传动系统的柔性和输出上的稳定性，也在一定程度上限制了转速变化上的幅度。当浆距角往增大方向调整之时，风能利用系数Cp值也有效的迅速的调整，控制了输出电压的变化，变距与转速双重调节，改善了控制系统上的动态特性，此乃一种比较理想的控制方法。
四、变速风力发电系统的建模
建立变速风力发电系统的数学模型是对其研究的一个重要手段，由于目前的风力发电技术还不是很完善，还在不断的进步之中，实际的运行经验也不是很丰富，所以风力发电系统的建模研究还处于完善和发展之中，并将成为风力发电领域中的热点。
根据各自的研究目的，我们可以建立不同的模型。在此主要简单介绍两大类型的模型。第一类是“功率模型”，指的是从能量角度来看待风力发电系统，也就是说是在某种特定情况之下，或者是在某个特定的时间段之内，发电机能从风里获取多少，最终能给电网输送多少能量，也就是风力发电机组对电网有多少贡献。第二类模型是“动态模型”，根据不同的研究目的和具体的研究问题，动态模型还可以分为静态稳定模型、小信号稳定模型、暂态稳定模型、电压稳定模型、电压闪变模型和震荡模型等等模型。在动态模型中，有一个不可忽略的因素，就是风速的变化。除此之外，还需考虑的是电气系统、机械传动系统及风力机，现在，这一领域的学者们认可的模型主要有以下几部分：风速模型、机械传动链模型、风力机模型、电网模型、变流装置模型等。
五、结语
目前，能源引发的危机和环境问题日益突出，我们应该清楚的认识到，保护生态环境可持续发发展的重要性，除了水电之外的能源开发中，风力发电是最具开发潜力的，发电成本的逐渐降低，技术上的日益成熟。形成了新兴的产业，并将更好更快的继续发展。
参考文献：
[1]李东东.变速风力发电系统的建模与控制[D].《上海交通大学》.2005
[2]翟斌.变速恒频风力发电控制系统的建模与仿真[D].《沈阳工业大学》.2007
[3]秦生升.风力发电机组变桨距控制技术综述[J].《设计研发》.2010(09)
关键词：变速风力；发电系统；建模；控制
Abstract: variable speed wind power generation technology has high efficiency and practicability, because of this, it is now more and more attention, can foresee the prospect of variable speed wind power generation. Wind power is an effective way to solve the problems of environment and energy, has developed rapidly in the world, China is no exception. With the development of wind power, wind power generator capacity increasing, bring some new problems to the power system.
Keywords: variable speed wind power generation system; modeling; control
[中圖分类号] TM315 [文献标识码]A[文章编号]
风能资源的状况对风力发电机的发电能力起决定性的作用，因此风能发电机的发电能力无法准确预测和控制，这一情况给风力发电投资以及电力系统的运行和管理带来了一定程度上的困难。风速的不断变化会对风力发电机以及和风力发电机有联系的电力系统造成一定的影响，如果能掌握电力系统和风力发电机组之间的相互影响和相互作用的规律，那么就能保证风力发电系统的安全运行。
风力发电技术的发展与现状
风能的应用有比较长的历史了，在比较早的时候，风能的利用主要是以风力机等机械直接带动，产生所需的动力为主要形式。随着电动机、发电机等机械和技能的出现，风力发电逐渐成为了一种专门的技术。在一九八八年，美国出现用风带动直流发电机，以此来给电池组充电的技术。在这之后，又发明了用变速直流发电机带电动机的技术系统，但是此技术由于变速直流发电机发出的电压是随转速发生不断的变化的，所以只能用在对电压要求不是很高的地方。这种直流机曾经得到了极大的发展，但是，随着交流电、电网互联、变压装置等等技术的不断出现而逐渐被取代，只在较偏远的地区还在应用。
在目前环境和能源问题日益突出的情况下，为了可以大规模利用风力和风能发电，就要求我们必须发展并网型风力发电技术，凭借电力网络以达到对风力发电在空间和时间上的最有效利用。在一九三九年，美国发明出了一台并网型风力发电机组，它采用了恒速风机，具有很好的并入交流电网性能。在此之后，在缓慢的风力发电发展的过程之中，此类风力发电机差不多都采用了恒速风机。
但是，由于种种原因，也为了提高风能的利用效率，必须设法发明变速恒频的风力发电系统。二十世纪七十年代中期后，出现了交流并网型变速风力发电机。随着技术的不断发展，变速风力发电机也有了不断的提高。
二、变速恒频发电机系统的基本原理
风力发电机的主要捕捉能量的部件是叶轮，叶轮将捕获到的风能经过齿轮箱送入发电机，之后再流入电网。变速恒频机型和恒速恒频机型相比，优越性在于低风速时能够随风速变化，并在运行时保持着最佳状态，争取获得最大的风能利用系数。变速风力发电机在运行时可分为以下几个阶段：起动阶段，就是发电机从静止到切入转速，此时发电机其实并没有工作，因此并不涉及变速控制。第二个阶段是最佳叶尖速比运行区，此阶段是机组切入电网后，在额定风速以内的区域运行，并开始发电，且根据风速的不断变化变速风力发电机可以一直运行，以便可以在最大程度上获得能量。最后两阶段是恒转速运行区及恒功率运行区。
三、变速风力发电机的控制
按变速风力发电机在运行上的特点，最基本的控制方法是：低风速段，恒定的值运行，要保持最佳的叶尖速比，最大的捕获能量效率，到转速达到极限为止，接下来按照恒定的转速进行控制，等到功率最大时，进行恒功率控制。
在开发变速机型的过程中，经过对单一的变距和变速的实验研究表明，在风速条件高于额定时，加入变浆距调节机组，可以显著提高传动系统的柔性和输出上的稳定性，也在一定程度上限制了转速变化上的幅度。当浆距角往增大方向调整之时，风能利用系数Cp值也有效的迅速的调整，控制了输出电压的变化，变距与转速双重调节，改善了控制系统上的动态特性，此乃一种比较理想的控制方法。
四、变速风力发电系统的建模
建立变速风力发电系统的数学模型是对其研究的一个重要手段，由于目前的风力发电技术还不是很完善，还在不断的进步之中，实际的运行经验也不是很丰富，所以风力发电系统的建模研究还处于完善和发展之中，并将成为风力发电领域中的热点。
根据各自的研究目的，我们可以建立不同的模型。在此主要简单介绍两大类型的模型。第一类是“功率模型”，指的是从能量角度来看待风力发电系统，也就是说是在某种特定情况之下，或者是在某个特定的时间段之内，发电机能从风里获取多少，最终能给电网输送多少能量，也就是风力发电机组对电网有多少贡献。第二类模型是“动态模型”，根据不同的研究目的和具体的研究问题，动态模型还可以分为静态稳定模型、小信号稳定模型、暂态稳定模型、电压稳定模型、电压闪变模型和震荡模型等等模型。在动态模型中，有一个不可忽略的因素，就是风速的变化。除此之外，还需考虑的是电气系统、机械传动系统及风力机，现在，这一领域的学者们认可的模型主要有以下几部分：风速模型、机械传动链模型、风力机模型、电网模型、变流装置模型等。
五、结语
目前，能源引发的危机和环境问题日益突出，我们应该清楚的认识到，保护生态环境可持续发发展的重要性，除了水电之外的能源开发中，风力发电是最具开发潜力的，发电成本的逐渐降低，技术上的日益成熟。形成了新兴的产业，并将更好更快的继续发展。
参考文献：
[1]李东东.变速风力发电系统的建模与控制[D].《上海交通大学》.2005
[2]翟斌.变速恒频风力发电控制系统的建模与仿真[D].《沈阳工业大学》.2007
[3]秦生升.风力发电机组变桨距控制技术综述[J].《设计研发》.2010(09)