探究风力发电节能技术的设计与应用
【摘 要】本文主要介绍了几种风力发电常用的方式，在一定程度上分析了风力发电在节能技术上存在的不足，并且提高风力发电节能技术效率的方式，进一步的证明风力发电在节能减排上能得到长足的发展利用。
【关键词】风力发电；节能技术设计；应用
引言：
风能在一定程度上是一种清洁的可再生能源，其蕴量相对比较多，可开发较性强。风能很早就被人们开发利用，主要是风车用来进行抽水、磨面等，现如今人们更关心的是如何用风能进行发电。风的潜能相对比较大巨大，地球上可利用的风能资源约有100x108kW，在一定程度上约是水力发电的10倍，世界上每年燃煤所获得能量也不过是风能1a内所提供能量的1/3。所以，全世界都十分重视风力发电，希望能够在一定程度上对原有技术进行突破，把风能作为主要发电方式之一，能够对能源成本进行有效的降低，在一定程度上缓解能源压力和环境压力，只有这样才能够进一步的达到节能减排的效果。
1.风力技术在发展过程中的现状
由于科技的不断深入以及发展，风力发电技术在一定程度上得到了很大提高，就中国现状来说，风力发电的规模也在一定程度上逐渐的扩大，风力发电这一方式在整个发电行业中占有着的比例相对来说也是越来越大。风力发电技术的增强在一定程度上使得风力发电技术中的单机容量不断增多，整个行业正往稳定化以及商业化方向进行转变。由于风力发电的成本相对来说较高，但是在正常运行的过程中所需的运营费以及维修费却很少。风力中海风不仅具有很强的稳定性，同时还具有一定的低干扰性，在风力发电的过程中占有者比较重要为地位。
针对目前而言，我国的风力发电形势一片大好，但还有些关键性问题需要在一定程度上进行相应的改进。在中国风力资源的分布的过程中，能够在一定程度上广泛运用风能的地区，进一步的集中在东南沿海和西北部地区，这些地区由于风力相对来说较强，风力发电企业分布相对密集，技术在一定程度上比较成熟，企业聚集风力发电，可能会在一定程度上产生过剩或窝电现象。另外，由于风力行业的不断发展，技术方面的建设在一定程度上就显得越来越重要。我国的机械零件发展比较迅速，但在核心部件上发展的不是很理想，风力发电的产业链相对来说也不是很完善，没有专门的整机设计，在运输方面、维护方面、咨询方面和监测方面等没有系统体系，管理工作也在一定程度上做得不够到位，这些都进一步的阻碍了风力发电行业的发展。由于核心技术在一定程度上得到了不断的完善，加上风力技术研究推广时间不是很长，在风能发电机组上还存在着一些不足，安全性能不是很高，尤其是在并网和运输方面。目前机组事故发生多在装机阶段，这是由于对各个环节没有进行足够重视导致的，给风力发电的可靠性和安全性在一定程度上产生了很大的影响。
2.风力发电节能技术的设计
2.1针对系统总体设计
风能在一定程度上是一种清洁且安全的能源，并且在自然界中能够到不断补充，但其稳定性相对来说不是不强，所以就要求风力发电机组无功补偿控制技术对风力发电机组进行系统动态无功补偿，对风能进行高效的利用，能够减少不必要的损耗，展开全面的理论分析以及系统分析。
2.2针对功率测量原理
W2000N-93-80，并网型风力发电机组无功补偿控制系统利用，对基波电压、电流复数的实部以及虚部进行相应的计算，并在一定程度上利用它们对交流电压、电流等进行计算。计算得出的结果进行离散傅立叶变换得到基波分量的频谱系数。进一步的对输入信号基波电压、电流复数振幅的实部和虚部求得交流电压、交流电流的有效值进行利用。在一定程度上将复数振幅的实部和虚部变成有效值，求出电压的有效值以及电流的有效值。对于三相三线电网可在一定程度上减少测量和计算，假定1个参考相，对两线电压以及两相电流进行同时测量，并利用它们计算出2个等效的有功功率和无功功率。
2.2功率测量过程中的原理
W2000N-93-80。并网型风力发电机组无功补偿控制系统利用快速傅立叶变换对基波电压、电流复数的实部和虚部在一定程度上进行计算，并利用它们对交流电压、电流等进行有效的计算。计算得出的结果进行离散傅立叶变换得到基波分量的频谱系数。利用输入信号基波电压、电流复数振幅的实部和虚部求得交流电压、交流电流的有效值。将复数振幅的实部和虚部变成有效值，求出电压的有效值和电流的有效值。对于三相三线电网可在一定程度上减少测量和计算，假定1个参考相，同时测量两线电压以及两相电流，并利用它们计算出2个等效的有功功率和无功功率。
2.3对电路设计进行控制
W2000N-93-80。并网型风力发电机组能够在一定程度上无功补偿控制系统整个控制电路主要是由DSP电路、信号调理电路以及投切控制电路组成。这种控制系统能够在一定程度上通过检测电网电压和发电机的电流，将经过信号调理电路调理后的离散化转换成数字量进一步的送入DSP进行数据处理，达到实时、准确跟踪系统无功变化的目的。
在软件设计上的过程中，采用模块化软件设计方法进一步的方便程序扩充、维护以及管理。系统软件设计主要在一定程度上是由数据采集、计算、投切控制等组成。在进行模拟量采集程序的过程中，充分利用好DSP捕获单元和软件定时器的特点，准确地捕获中断数据进行系统测量。
3.对风力发电节能技术的运用以及完善
对风电技术的研发改进进行不断的加快，在技术上对风力发电技术进行有效的改革，采用功率调节的方式在一定程度上进行风力发电，对发电效率进行不断的提升，对风电设备的管理进行不断的加强，在一定程度上能够有效的避免风机受损。对可再生能源发展政策进行有效的构建，国家应在政策上支持可再生能源，大力宣传可再生能源的作用，对可再生能源进行有效的保障，国家同时要加强对可再生能源的立法规范，在一定程度上促进国内的风力发电快速有效发展。在中
国东部沿海的江苏省盐城地区，拥有五千多长的海岸线和广阔滩涂，其可开发风电总量占江苏省可开发风电总量的三分之一以上，年平均风速达到6.1m/s。在盐城的东台国华风电场、大丰中电投风电场的运行中，风力发电机的利用小时数均在2000h以上，效果相对来说比较十分显著。
对风电技术的商业化进行不断的加强。市场竞争在一定程度上有利于科技的更新进步，同时进一步的降低了国家风电单机运行的成本压力，对风能的利用效率进行有效的提升。采用结构动力学，对风机在一定程度上进行合理的改造设计，提升风机质量，对成本进行有效的降低，进一步提高系统的可靠性。对电网系统的建设发展进行不断的加强，以创新为主要的依托，在一定程度上提高风力发电接入电网运行的整体性能。对于经济发展较快的地区，风力发电建设项目要进一步保证风力发电并网系统运行的高效性以及稳定性，对于风力资源較多的地区，要考虑对整个系统的主控性进行有效的控制，在一定程度上保证风力发电与分布式系统有机结合，对系统电能质量进行不断的完善和提高。
总结：低碳环保理念的贯彻在一定程度上加强了人们对新能源的认识，人们对于新能源的应用相对来说也是比较广泛的。风能发电发展到今天，在一定程度上已具备了和水力发电、燃煤发电相当的实力，并且有理由相信在未来的应用过程中必将越来越广泛。
参考文献：
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作者：申胤宏
[摘 要 ]随着社会经济的不断发展，各国对能源的需求也在逐渐增长，传统能源已经处于供不应求的状态，为了满足人们多样化的需求，我国开始开发新能源。风能属于清洁能源，能有效缓解环境污染的问题，使人与自然和谐相处。本文对风轮在风力发电机组的重要作用进行分析，明确风轮材料轮毂和叶片的属性，分别探究轮毂和叶片的优化设计模式。一方面要优化验证轮毂拓扑结构和减重结构、改进轮毂模型，另一方面要明确叶片常见的设计方法、确定设计参数、优化设计发电机组模型、构建叶片外形设计模型。这样能优化风力发电机组风轮的结构，提升应用效果。
[关键词]风力发电机组;风轮设计;轮毂
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风力发电机组的运行原理较为简单，主要是把风能转化为机械能，再把机械能转化为电能，达到风力发电的效果。风力发电机组由5部分组成，即风轮、机头、机尾、回转体以及塔架。其中风轮在整个机组机构中发挥着不可或缺的作用，其主要由轮毂和叶片组成，风轮是保障风力发电机组运行的关键因素，能有效地把风能转化为机械能。
1 风轮在风力发电机组的重要作用
在能源学和电力学中，风力发电机组中的风轮能有效地把风能转化为机械能。风轮的模式多种多样，总结起来一共分为两种，垂直轴风轮和水平轴风轮，判断依据就是其内部旋转轴与风向的位置关系。目前，全国的电能产业空前的发展，为风力机组产业带来机遇，其中风轮是核心要素，其应用性能决定整个风力机组利用风能的效果以及机组承受的压力负荷，与电能开发的经济性和机组运行性能有着密切地联系，并且风轮中的叶片是机组中最重要的零部件，其成本占据总成本的18%左右。
2 风轮材料和属性
2.1 轮毂
轮毂的作用为连接电力发电系统的主轴和叶片，需要承受多样化的交变荷载，所以它应该具备较高的强度。为了满足应用的基本要求，部分轮毂设计得较为笨重，无形中增加制造的成本，与此同时因为转动的惯性量超过限定的范围，增加了控制的难度，所以应该对其进行优化设计。我国在风力发电领域的经验不够充足，许多大型的风电厂都引进图样进行机械制造工作。但是在借鉴国外技术的基础上，还应该进行科学地改进，对轮毂结构进行优化，打造中国特有的风力发电机组。
2.2 叶片
风力发电机组逐渐向大型化模式发展，它的叶片的长度值逐渐增加，捕获的风量逐渐提升。现阶段，生产商们逐渐提高对叶片材料的关注度，应用高质量的材料，提高叶片的刚性和强度。比如，最近市场中出现一种三维混杂材料，它的强度和刚度较高，是由树脂灌注而成，操作较为简单，灌注效率高，且叶片的结构较厚，能把铺设的厚度控制在合理范围内，提升劳动力资源的利用价值[1]。
3 风力发电机组风轮优化设计
3.1 轮毂
3.1.1 轮毂拓扑结构优化验证
(1)轮毂与3个叶片组合在一起形成风轮。风能被风轮捕捉，随后在主轴的助力下传输到增速齿轮箱中。假设已经知道主轴和变浆轴承的尺寸，构建轮毂的拓扑结构模型。整个模型的主要要素为主轴法兰、叶片变浆轴承和轮毂。把一个实心柱体作为需要设计轮毂的空间，在已知其他两个要素的情况下，由它们决定边界条件添加的要求。轮毂需要承受3个叶片的压力，荷载主要位于中心点上，用来表示对轮毂的压力。借助Bladed软件能得出力的方向和大小，是一種极限荷载力。
(1)拓扑优化以变密度为基本理论。在优化设计时引入一种密度可见材料，密度和参数之间的关系是人为定义的。把单元的设计密度P作为变量，有材料表示为P=1，没有材料表示为P=0，把拓扑优化目标设置为结构应变最小，保证材料的应力要低于许用应力。使用OptiStruct软件对拓扑进行优化设计，优化的结果为轮毂位于一个球上。这就说明球状的轮毂拓扑符合要求。为了进一步探究轮毂在空心球分布的科学性，可以把它简化为壳状的模型，经过二次拓扑操作后，对边界荷载进行优化。
(3)对轮毂结构进行验证。轮毂的外形结构为厚度分布不均匀的球体，其内部为空心状。在轮毂中越靠近主轴的法兰，其内壁越厚。轮毂的大小与优化空间毛坯的大小有直接的联系，设计人员可以根据自身情况进行优化。此外，要提高对轮毂减重问题的关注度，在其中间位置开设3个小孔，但是随着小孔的增加，铸造难度也会有所提升，因为小孔会增加轮毂的应力。经过综合性的探究，轮毂应该设计为球状。
3.1.2 轮毂减重结构优化
(1)经过拓扑优化，轮毂应该为球形，保障其半径处于恒定状态，导致轮毂重量过高的主要因素就是它的壁厚。在优化自由尺寸时应该明确壁厚的一般分布规律。
(2)建立有限元模型。因为轮毂结构较为烦琐，选取其中的中性面，利用形壳确定轮毂。把轮毂设置为设计空间，主轴法兰和轴承为非设计空间，构建有限模型。
(3)优化自由模型。对所有单元的厚度进行探究，设计的目标为确保轮毂的重量最轻，限制条件为单元应力值低于材料的许用应力，并且轮毂的内壁厚度大于3 cm。为了把轮毂厚度控制在合理的范围内，内壁厚度设置为15 cm。经过优化可知，轮毂厚度的最大值为12 cm，位于主轴和轮毂法兰连接的位置。一般区域的厚度都在3 cm左右。厚度的分布规律为距离轮毂越近，厚度值越高，这个结论可以与前面的拓扑结果形成对应。因此可以根据这个结论进行重新设计工作[2]。
3.1.3 轮毂改进模型
以前面尺寸设计优化的结论为基础，对轮毂的结构进行优化设计，把轮毂的半径减小，轮毂的内壁厚度应该依据尺寸优化需求进行设计，同时要对轮毂的疲劳强度和极限静强度进行计算。修正前后的具体数值为：原始模型的静强度参数为64 MPa、疲劳寿命为1.14E9、质量为7.61 t;改进模型的静强度参数为31.1 MPa、疲劳寿命为4.96E9、质量为6.23 t。
3.2 叶片
3.2.1 叶片常见的设计方法
因为发电的环境存在一定的特殊性，风力发电机组的叶片在设计时容易受到其他因素的干扰。所以在不同的情况下应该使用不同的设计方法，比如系数法、Wilson设计法、图解法和简化风车设计法等。以Wilson为基础对叶片的外形进行设计和创新，进行优化设计的主要目的就是提高风电机组的运行效果，为生产发展助力。现阶段，我国还没有完善风电机组设计理论，不仅要符合函数的基本理念，还要把叶片的外形设计参数控制在科学范围内。在设计时需要对展弦数值进行重点考量，探究在不同情况下气动数值的变化情况，经过反复多次计算明确数值的变化走向情况。利用建模构架数学资料库，为优化设计叶片提供助力。叶片材料是优化设计的重中之重，在设计时应该保证叶片的柔韧性，因为机组在高速运转时叶片也会与其他的零部件进行碰撞。使用预弯技术能减轻它的重量，降低生产成本。
3.2.2 确定重要设计参数
(1)额定功率。它主要指当风力发电机组在正常的运行模式下，风轮机输出的最大的效率。如果其处于最佳的运行状态就表示机组在运行时达到最大功率。如果确定了额定的数值那就会对整个机组的运行状态和工作情况造成影响。只有进行科学的数值设计工作才能从根本上发挥风力发电机组的最大价值，增强风力发电的效果。
(2)额定风速。在设计叶片时要对风速进行科学地把控，风力发电机组运行的基本原理为利用叶片转动来产生机械能，之后把机械能转变为电能。所以在进行优化设计时要精准计算额定的风速。简单来说额定风速就是在额定功率下叶片转动的速度，它会随着功率的改变而发生改变。
(3)空气密度。因为风力发电机组在运行的过程中对环境有较高的要求，在设计叶片时要对各种要素进行充分地考量，其中空气密度会对机组的运行效果造成直接的影响，而温度、风速、湿度和大气运动也会对空气的密度造成影响。
(4)直径大小。在设计风轮的直径时，需要把风力发电的额定数值控制在合理范围内，结合实际的生产需求来调节风力的大小，测量区域的温湿度，综合考虑空气的密度数值，确保能计算出最佳的直径长度[3]。
3.2.3 发电机组优化设计模型
(1)确定目标函数。风力发电机组运行的根本目的是为提高风能的利用率，把其转化为电力资源，为人们的生活助力。但是在实际的转化中容易受到客观因素的影响，所以在正式设计前应制定明确的目标函数。只有确定明确的目标，才能实现优化的目的。在确定目标函数的时候要以风力发电机组的验收要求为基础，计算出输出功率数值和平均发电量来建立对应的目标函数，为工作的顺利开展奠定坚实的基础。
(2)明确叶片设计的优化条件。当地的自然条件能决定风力发电机组的运行情况，要掌握发电机组的运行效率和区域的风速，为优化工作提供数据参考，当完成所有的数据采集工作后就可以进行设计。在函数中呈现风速的变化走向时，以风速的变化规律明确功率的数值，如果风速达到限定的数值，机组内的数值也会随之减少。利用片条理论对风轮的叶片功率值进行控制，在设计时要考量环境的影响因素，比如空气密度、风速、损失系数等。因为风力发电机组两边的气压差异较大，当叶片运行时容易出现二次流动的问题，叶片的运行情况与机组的使用性能有直接的联系，所以在设计中要对这些因素进行考量。
3.2.4 葉片外形设计模型
对叶片进行优化设计，这样能提升整个风力发电机组的运行效果，在设计叶片时要考虑到空气的流动情况，以理论为基础确定具体的输出情况，探究在不同状态下的叶片运行情况，从而确定最佳的目标函数。同时，要考虑到叶片的荷载和强度，综合考虑各项因素，提高风电机组的使用性能。
4 结束语
综上所述，在能源高速损耗的背景下，开发和研究新能源刻不容缓，要科学把控能源之间的转化问题。现阶段，我国在风力发电机组风轮优化设计方面存在较大的进步空间，应该不断总结和分析各个阶段的实验结果，制定最佳的设计方案，为之后的生产与生活奠定坚实的基础。
参考文献
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[3] 张旭，李召暄，李伟.多种载荷作用下H型垂直轴风力机叶片的结构优化[J].农业工程学报，2020，36(7)：83-91.
作者：刘敬波
摘要：风力发电是风能利用的最重要形式。这个形式对每个国家都很重要。地球上的资源是有限的。过度开采是导致资源枯竭的重要因素之一。例如，矿石、煤炭资源等。基于这样的状况，各国发展风力能源等新能源是很重要的。我国拥有丰富的土地和丰富的资源，资源有时会枯竭。因此，中国政府强调新能源的发展，提倡可持续发展。这篇文章对风力发电技术提出了个人的见解。
关键词：风力发电;可再生能源;技术
引用
21世纪以来，人类对能源的需求持续增加，对能源的依赖度逐渐提高。但是，以前的能源，比如煤炭和矿石等资源，由于需求较大开采较多，这些资源已经枯竭。同时，这些传统能源对环境污染很不友好。因此，人类开始追求可再生资源，有效保护环境，促进可持续发展和环境保护。风能是其中重要的组成部分之一。
一、我国风力发电的现状
我国地理环境多种多样，非常适合风能资源，适合发展风力发电，如江西。近年来，我国风力发电建设和发展速度加快。风力发电等新能源发电产业具有广阔的发展前景。
我国重视风力发电技术，风能开发能力得到加强，经过多年的经验，我国风力发电技术发展迅速，生产水平不断提高。除了我们科学家的不断努力外，我国在解决风力发电的许多困难方面取得了巨大成就。中国开发的风力发电设施是巨大的市场。国内设施的生产也促进了风力发电技术和生产管理模式的快速发展。
风力发电技术是系统化、集成化的建设，之前进入的风力发电系统有着大幅提高风电系统效率、不抵抗风险的能力。现在，我们采用的是世界上最先进的风力发电技术。另外，我们正在继续开发更多、更有效的新技术。风力发电技术的应用有很多方面的优势。风力发电技术的应用越来越广，在实际应用中，风力发电率的降低比较快，也有接近煤炭的热电联产成本的，经济效果明显。随着风力发电能力的倍增，每增加一倍风力，成本下降15%，风力发电超过30%，除了风力能源资源的利用性，在未来风电技术的应用中，经济优势更显著。
二、风力发电的原理和类型
风力发电技术的原理是通过风力发电机将风力能源转换成单线，最终得到风力发电的输出。有两种类型的风力发电机。
（一）水平轴风力发电机
水平軸风力发电机也分为两种。一个是抵抗式，两个是升降式。电阻式风环的旋转速度慢，但升降式风环的旋转速度快，经常使用升降式水平轴的风机。另外，水平轴风力发电机根据翼的设置位置分为两种。一个是低风发动机，机翼和其他装置安装在塔的后面。另一个不是平台或机翼前的风上马达。另外，调节器需要连接到风扇上。前者不需要。水平轴风力发电机的优点是空气中风速增加、集中、风能收集效率高。因为技术成熟，所以风能的利用率很高。速度低，噪音大，塔工艺复杂。
（二）垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机（verticalaxiswindturbineVAWT）从分类来说，主要分为两种，阻力型和升力型。阻力型垂直轴风力发电机利用旋转时流过叶片的风的阻力，而升力型风力发电机利用旋转时流过叶片的风的升力，两者的原理相反。升力式垂直轴风力发电机的效率远高于电阻式风力发电机，因为叶片随着旋转的增加而迅速减小，升力也随之增加。垂直轴风力发电场比水平轴风力涡轮机更强。垂直轴风力电机可以适应所有风速。垂直轴类型比水平轴类型更容易，降低噪音。
三、风能发电的优缺点
因为不可再生的能源枯竭，所以风力能源等新型能源的利用很多，但是利用风力能源的发电有什么优点和缺点吗？
（一）优点：
1、与以往的能源相比，风力能源是无限的，可以再生。因此，使用风力发电的话，传统的资源的使用会大幅度节约。同时，随着技术的持续进
步，风力发电的效率逐渐赶上以前的能源发电，随着能源需求的增加，经济和社会也在发展。
2、过去，我们使用的不可再生能源（例如煤炭）会给环境带来严重污染，产生温室效应，雾霾。如果使用风力发电的话，就不会发生这样的状况。风能是绿色能源，与不可再生能源相比不会污染环境。并且还能有效的利用风。
3、风力发电设备的建设周期比火力、原子能的建设、利用短。同样的情况下，要使用10年以上的火力发电站，风力发电只使用几个月。
4、风力发电的建设规模更灵活。可以根据没有安装容量的网站资源选择合适的模型。那个是用比其他类型简单的陆地和海做成的。另外，风力能源发电的运行维护费也很低。
5、开发有很大的前景。与使用传统能源的几十年和几百年相比，新能源的发电技术尚不成熟，但这种新技术的开发前景是无限的。
（二）缺点：
1、土地资源少。为了产生更多的能源，风力发电需要在很多土地上设置风力发电设备。
2、对地理环境的需求很大。风力发电设施的建设需要很多土地和很多人员，而且抵抗力很小。因此，风力发电不适用于任何地方。这是很大的限制。
3、风力发电会产生很大的噪音，对环境有污染，影响人类平时进行的人类生命活动和日常工作。
4、妨害鸟的生存。在美国，当地的松鸡在美国建设了大量的风力发电站后消失了。我们已经提出了“海上发电”的解决方案，这是一个巨大的成本，是任何国家都应该考虑的问题。
5、技术不成熟。与以往的能源使用相比，风力发电技术在新能源领域已经不成熟。科学研究人员不断地致力于新技术的研究和开发，但对能源的利用还有很多挑战。
四、结束语
对于风力能源资源的开发和利用，我们必须非常重视。我国资源丰富，但总有一天会用光的。现在经济社会正在急速发展。能源需求在增加。而且，多年来，煤炭等普通能源提高了环境污染的重要性。风力能源等新能源的使用被认为是未来保护和可持续发展的最重要的一环。这个还不够用人的风力。在此基础上，世界各国政府必须加强对风力能源等新能源的投入能力，提供更好、更有效的新技术，为人类的发展和环境保护提供更好的保障。风能是一个源源不断的能源，不需要去收集开发，大自然的风有很广泛。而我们需要的是建立一个风能区，把大自然的风能完全利用起来，实现风能可用化。
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作者：温伟
1.风力发电发展的现状
1.1世界风力发电的现状
近20年风电技术取得了巨大的进步。1995—2006年风力发电能力以平均每年30%以上的速度增长，已经成为各种能源中增长速度最快的一种。今年来欧洲、北美的风力发电装机容量所提供的电力2成为仅次于天然气发电电力的第二大能源。欧洲的风力风力发电已经开始从“补充能源”向“战略替代能源”的方向发展。
到2008年，世界风能利用嘴发达的国家是德国、美国和西班牙，中国名列世界第四位。丹麦是世界上使用风能比例最高的国家，丹麦能源消费的1/5来自于风力。
欧洲在开发海上风能方面也依然走在世界前列，其中丹麦、美国、爱尔兰、瑞典和荷兰等国家发展较快。尤其是在一些人口密度较高的国家，随着陆地风电场殆尽，发展海上风电场已成为新的风机应用领域而受到重视。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国家都在计划较大的海上风电场项目。目前海上风电机组的平均单机容量在3MW左右，最大已达6MW。世界海上风电总装机容量超过80万千瓦。
有余风力发电技术已经相对成熟，因此许多国家对风发电的投入较大，其发展较快，从而使风电价格不断下降。若考虑环保及地理因素，加上政府税收优惠政策和相关支持，在有些地区风力发电已可与火力发电等展开竞争。在全球范围内，风力发电已形年产值超过50亿美元的产业。
1.2我过风力发电的发展现状
我国风力发电从20世纪80年代开始起步，到1985年以后逐步走向产业化发展阶段。
自2005年起，我国风电规模连续三年实现翻倍增长。风电新增容量每年都增加超过100%，仅次于美国、西班牙，成为世界风电快速增长的市场之一。根据国家能源局2009年公布的统计数据，截止2008年底，我国风电装机容量已达1271万千瓦，居世界第4位，但是风电在我国整个电力能源结构中所占的比重仍然比较低。
我国将在内蒙古、甘肃、河北、吉林、新疆、江苏沿海等省区建设十多个百万千瓦级和几个千瓦级风电基地。根据目前国内增长趋势，预计到2020年，中国风电总装机容量将达到1.3亿~1.5亿千瓦。
2 风力发电机
2.1恒速恒频的笼式感应发电机
恒速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，发电机组的运行转速变化范围很小，近似恒定;发电机输出的交流电能频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为鼠笼式感应发电机组。
恒速恒频式发电机组都是定桨距失速调节型。通过定桨距失速控制的风力机使发电机转速保持在恒定的数值，继而使风电机并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，因而转子、风轮的速度变化范围较小，不能保持在最佳叶尖速比，捕获风能的效率低。
2.2变速恒频的双馈感应式发电机
变速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，允许发电机组的运行转速变化，而发电机定子发出的交流电能的频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为双馈感应式异步发电机组。
双馈感应式发电机结合了同步发电机和异步发电机的特点。这种发电机的定子和转子都可以和电网交换功率，双馈因此而得名。
双馈感应式发电机，一般都采用升级齿轮箱将风轮的转速增加若干倍，传递给发电机转子转速明显提高，因而可以采用高速发电机，体积小，质量轻。双馈交流器的容量仅与发电机的转差容量相关，效率高、价格低廉。这种方案的缺点是升速轮箱价格贵，噪声大、易疲劳损坏。
2.3变速变频的直驱式永磁同步发电机
变速变频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，发电机组的转速和发电机组定子侧产生的交流电能的频率都是变化的。因此，此类风力 需要在定子侧串联电力变流装置才能实现联网运行。通常该类风力发电系统中的发电机组为永磁同步发电机组。
直驱式风力发电机组，风轮与发电机的转子直接耦合，而不经过齿轮箱，“直驱式”因此而得名。由于风轮的转速一般较低，因此只能采用低速的永磁式发电机。因而无齿轮箱，可靠性高;但采用低速永磁发电机，体积大，造价高;而且发电机的全部功率都需要交流器送入电网，变流器的容量大，成本高。
如果将电力变流装置也算作是发电机组的一部分，只观察最终送入电网的电能特征，那么直驱式永磁同步发电机组也属于变速恒频的风力发电系统。
3介绍相关风力发电控制技术
3.1风力发电控制系统的目的
由于风力发电机组是复杂多变量非线性系统，具有不确定性和多干扰等特点。风力发电控制系统的基本目标分为4个层次：保证可靠运行，获取最大能量，提供良好电力质量，延长机组寿命。控制系统实现以下具体功能:
(1) 运行风俗范围内，确保系统稳定运行。
(2) 低风速时，跟踪最优叶尖速比，实现最大风能捕获。
(3) 高风速时，限制风能捕获，保持风力发电机组的额定输出功率。
(4) 减少阵风引起的转矩峰值变化，减少风轮机械应力和输出功率波动。
(5) 控制代价小。不同输入信号的幅值应有限制，比如桨距角的调节范围和变桨距速率有一
定限制。
(6) 抑制可能引起机械共振的频率。
(7) 调节机组功率，控制电网电压、频率稳定。
3.2风力发电控制系统
除了风轮和发电机这两个核心部分，风力发电机组换包括一些辅助部件，用来安全、高效的利用风能，输出高质量的电能。
(1)传动机构
虽说用于风力发电的现代水平轴风力机大多采用高速风轮，但相对于发电的要求而言，风轮的转速其实并没有那么高。考虑到叶片材料的强度和最佳叶尖速必的要求，风轮转速大约是18~33r/min。而常规发电机的转速多为800r/min或1500r/min。
对于容量较大的风电机组，由于风轮的转速很低，远达不到发电机发电的要求，因而可以通过齿轮箱的增速作用来实现。风力发电机组中的齿轮箱也称增速箱。在双馈式风力发电机组中，齿轮箱就是一个不可缺少的重要部件。大型风力发电机的传动装置，增速比一般为40~50。这样，可以减轻发电机质量，从而节省成本。
也有一些采用永磁同步发电机的风力发电系统，在设计时由风轮直接驱动发电机的转子，而省去齿轮箱，以减轻质量和噪声。
对于小型的风电机组，由于风轮的转速和发电机的额定转速比较接近，通常可以将发电机的轴直接连到风轮的轮毂。
(2)对风系统(偏航系统)
自然界的风方向多变。只有让风垂直地吹向风轮转动面，风力机才能最大限度地获得风能。为此，常见的水平轴的风力机需要配备调向系统，使风轮的旋转面经常对准风向。
对于小容量风力发电机组，往往在风轮后面装一个类似风向标的尾舵，来实现对风功能。 对于容量较大的风力发电机组，通常配有专门的对风装置——偏航系统，一般由风向传感器
和伺服电动机组合而成。大型机组都采用主动偏航系统，即采用电力或液压拖动来完成对风动作，偏航方式通常采用齿轮驱动。
一般大型风力机在机舱后面的顶部有两个互相独立的传感器。当风向发生改变时，风向标登记这个方位，并传递信号到控制器，然后控制器控制偏航系统转动机舱。
(3)限速装置
风轮转速和功率随着风速的提高而增加，风速过高会导致风轮转速过高和发电机超负荷，危及风力发电机组的运行安全。限速安全机构的作用是使风轮单位转速在一定的风速范围内基本保持不变。
(4)液压制动装置
机组的液压系统用于偏航系统刹车、机械刹车盘驱动，当风速过高时使风轮停转，保证强风下风电机组安全。
机组正常时，需维持额定压力区间运行。 液压泵控制液压系统压力，当压力下降至设定值后，启动油泵运行，当压力升高至某设定值后，停泵。
4风力发电技术发展趋势的展望
4.1风力发电的发展方向
风力发电技术是目前可再生能源利用中技术最成熟的、最具商业化发展前景的利用方式，也是本世纪最具规模开发前景的新能源之一合理利用风能，既可减少环境污染，有可减轻目前越来越大的能源短缺给人类带来的压力。
未来风力发电技术将向着以下几个方向发展。
(1)单机容量大。主流的新增风力机的单机容量将从750KW~1.5MW向2MW甚至更大的容量发展。目前世界上单机容量最大的风机，为5MW风力发电机，海上风力发电的6MW风电机组也已研制成功。
(2)风电场规模增大。将从10MW级向100MW、1000MW级发展。
(3)从陆地向海上发展。
(4)生产成本进一步降低。
4.2未来风力发电的展望
据专家们测估，全球可利用的风能资源为200亿千瓦，约是可利用水力资源的10倍。如果利用1%的风能能量，可产生世界现有发电总量8%~9%的电量。“风力12”、欧洲风能联合会、能源和发展论坛以绿色和平组织于2002年联合发表了一篇报告，以上述估计值作为基础，制定了风能的目标：到2020年，风力发电将占到全球发电总量的12%。为了达到这个目标，需要建立总容量大约为1260GW的风能装置，每年可发电3000TW·h左右。这相当于现在欧盟的用电量。世界风能协会预计，从世界范围来看，预计2020年，风电装机容量会达到1231GW。年发电量相当于届时世界电力需求的12%，与上述报告的结论一致。风电会向满足世界20%电力需求的方向发展，相当于今天的水电，有研究显示到2040年大致可以实现这一目标。届时将创造179万个就业机会，风电成本下降40%，减少排放100多亿吨二氧化碳。因此，在建设资源节约型社会的国度里，风力发电已不再是无足轻重的补充能源，而是最具有商业化发展前景的新兴能源产业。
风力发电技术和风能利用方式
1973年发生石油危机以后，西方发达国家为寻求替代石化燃料的能源，在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力和资金，充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开创了风能利用的新时期。
德国、美国、丹麦等国开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台和多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率和可靠性。
风电场是大规模利用风能的有效方式，20世纪80年代初在美国加利福尼亚州兴起。而海岸线附近的海域风能资源丰富，风力强，风速均匀，可大面积采获能量，适合大规模开发风电。然而在海上建造难度也大：巨大的基座必须固定入海底30m深度，才能使装置经受得住狂风恶浪的冲击;水下的驱动装置和电子部件必须得能防止高盐度海水的腐蚀;与陆地连接还得需要几公里长的海底电缆。
2.2风电装机容量
德国的风力发电装机容量已达610.7万kW，占德国发电装机容量的33%，居世界第1位。西班牙风电装机容量283.6万kW，居世界第2位。美国风力发电装机容量已达261万kW，居世界第3位。丹麦风电技术也很先进，装机容量234.1万kW。印度风电增长很快，到2000年累积装机容量已达到122万kW。日本的风电装机容量46万kW，运行较稳定的是海岸线或岛上的风力发电站，已达576台风电设备。
2.3各国的风力发电政策
目前风电机组成本仍比较高，但随着生产批量的增大和技术的进一步改进，成本将会继续下降 (见表1) 。许多国家建立了众多的中型和大型风力发电场，并形成了一整套有关风力发电场的规划方法、运行管理和维护方式、投融资方式、国家扶持的优惠政策及规范、法规等。
表1世界风电装机容量(万kW)和发电成本(美分/kW·h)
年份19831985198719891991199319951997199819992000
容量149414417121629847876410151393184
5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8
数据来源：丹麦BTM咨询公司
欧洲发展风电的动力主要来自于改善环境的压力，将风电的发展作为减少二氧化碳等气体排放的措施。德国、丹麦、西班牙等国都制定了比较高的风电收购电价，保持了稳定高速的增长，1996年以后年增长率超过30%，使风电成为发展最快的清洁电能。丹麦风电技术的发展策略是政府不直接支持制造厂商，而是对购买风电机组的用户提供补贴。英国的《可再生能源责任法规》要求到2010年，每个电力供应商必须使可再生能源的电力供应量达到总电量的10%。
美国政府为鼓励开发可再生能源，在20世纪80年代初出台了一系列优惠政策。联邦政府和加利福尼亚州政府对可再生能源的投资者分别减免了25%的税赋，规定有效期到198
5年底，另外立法还规定电力公司必须得收购风电，并且价格应是长期稳定的。这些政策吸引了大量的资金采购风电机组，使刚刚建立起来的丹麦风电机组制造业获得了大批量生产和改进质量的机会。到1986年这3个风电场的总装机容量达到160万kW。2002年美国德州的风电容量为118万kW。德州政府规定，到2009年可再生能源的发电容量至少应达到200万kW，并拟订了110.4万kW的风电建设计划。
印度是一个缺电的发展中国家，政府制定了许多鼓励风电的政策，如投资风电的企业，可将风电的电量储蓄，在电网拉闸限电时，使有储蓄的企业能够得到优先供电。
澳大利亚的发电能源主要依靠煤炭。政府为改善电能结构，制定了一项强制性的可再生能源发电计划，太阳能——风力电站将成为可再生能源利用的重要组成部分。
3我国风力发电的开发现况
我国拥有丰富的风能资源，若采用10m高度的风速测算，陆地风能资源理论储量为32.26亿kW，可开发的风能资源储量为2.53亿kW。我国近海风能资源约为陆地的3倍，由此可算出我国可开发的风能资源约为10亿kW。
风能资源富集区主要在西北、华北北部、东北及东南沿海地区。20世纪70年代末80年代初， 我国通过自主开发研制，额定容量低于10kW小型风力发电机实现了批量生产， 在解决居住分散的农牧民和岛屿居民的用电方面有着重要意义。在国家有关部委的支持下，额定功率为200、250、300、600 kW的风力发电机组已研制出来，并在全国11个省区建立了27个风电场，浙江、福建、广东沿海及新疆、内蒙古自治区都有较大功率的风力发电场。东部沿海有丰富的风能资源，距离电力负荷中心又近，海上风电场将成为新兴的能源基地。国家计委在20世纪90年代中期制定了“光明工程”和“乘风计划”, 1997年当年装机超过10万kW，到2001年底总装机容量约40万kW。
我国风电技术还处于发展初期，较欧美落后，关键原材料或零部件主要依靠进口。风电机组是风电场的核心设备，主要依靠进口机组，在风电场的建设投资中是主要部分，占总投资的60%～80%。为鼓励风电的开发，我国对300kW以上机组免征进口税。风电随着技术的发展和批量生产，成本会继续下降。
摘要：风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源， 风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统， 它直接关系到风力发电的性能与效率。它主要对风力发电的发展现状和前景、风电系统的控制技术、风力发电机及其风电系统和风力发电中的关键技术作了简单的介绍。
关键词：风力发电;控制技术;并网技术;低电压穿越
引言
在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭的双重压力下，对新能源的研究和利用已成为全球各国关注的焦点。 风能作为一种可再生的清洁能源， 受世界各国的重视程度越来越高， 也越来越多的被应用到风力发电中。除水力发电技术外， 风力发电是新能源发电技术中最成熟、 最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。由于它可以在改善生态环境、 优化能源结构、 促进社会经济可持续发展等方面有非常突出的作用， 目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。
1. 国内外风力发电的现状和前景
1.1 国外风力发电发展现状
20 世纪80 ～90 年代， 风力发电技术得到了飞速的发展并且逐渐成熟。风力发电凭借它自身的优点， 已经延伸到了电网难以达到的地方，给他们带来了很多方便。据全球风能理事会(GWEC)发布的全球风电市场装机数据显示， 全球风电产业 2011 年新增风电装机容量达四万一千兆瓦。这一新增容量使全球累计风电装机达到二十三万八千兆瓦。这一数据表明全球累计装机实现了两成多的年增长， 新增装机增长达到6%。到目前为止， 全球七十多个国家有商业运营的风电装机， 其中二十二个国家的装机容量超过 1GW。据估计到 2030 年， 欧洲风电装机可达三百亿瓦， 可满足欧洲百分之二十的电力需求。
1.2国内风力发电发展现状
我国风力资源储量丰富，分布广泛。陆上可开发的储量为2.53亿kW，海上可开发的储量为7.5亿kW。“大规模、高集中开发，远距离和高电压输送”是我国风电发展的重要特征。近年来，我国风电发展迅猛，2006～2010 年风电总装机容量从260万kW增长到4 182.7万kW，2010年新增风电装机1 600万kW，累计装机容量和新增装机容量均居世界第一。预计2020年我国风电累计装机可以达到2.3亿kW。这意味着未来十年中，风电总装机容量
平均每年需新增1 800万kW。预计每年需新增机组及其配套变流器约9 000台。
2. 风电系统的控制技术
风力发电系统的运行方式有三种：独立型、并网型和联合型。并网型风力发电系统由风力机控制器、 风力机、 传动装置、 励磁调节器、 发动机、 变频器和变压器等组成。
风力发电机组包括风力机、 发电机、 变速传动装置及相应的控制器等， 用来实现风能与电能的能量转换。风力发电的关键问题是风力机和发电机的功率和速度控制。
风电机组中将风能转换成机械能的能量转换装置是风力机， 它由风轮、 迎风装置和塔架等组成。按结构不同， 风力机可分为水平轴式和立轴式两种;按功率调节方式不同， 风力机可分为定桨距失速、 变桨距和主动失速 3 种。
风电机组中的发电机将机械能转化为电能， 发电机在并入电网时必须输出恒定频率(一般为 50 Hz)的电能。按照发电机转速的不同， 发电机可分为恒速和变速两类， 其中变速需要通过变频器来实现。变频器采用电力电子变流技术和控制技术， 将发电机发出的频率变化交流电转换为与电网频率相同、 能与电网柔性连接的交流电， 并且能实现最大风能跟踪控制。按照拓扑结构的不同， 变频器可分为交-交型、 交-直-交型和矩阵型三种;按照变频器容量的不同可将变频器分为部分容量和全部容量(全额)两种。
变速传动装置可将风轮的低转速转换为发电机的较高转速， 按传动链类型将其分为齿轮箱驱动和直接驱动两种， 其中前者包括单级和多级两种齿轮箱驱动。
3. 风力发电机及其风电系统
实现恒速或变速风力发电系统有许多种方案，所选发电机的类型主要取决于风电系统的形式。
传统的恒速/变速风电系统共有四种：基于SCIG 的恒速风电系统[1]、基于WRIG 的受限变速风电系统[2]、基于ESC- SCIG 的变速风电系统[3]和基于MMG 的变速风电系统[4]。
现代风电系统一般采用变速恒频技术，这种技术通过变流装置或改造发电机结构来实现。现代变速恒频风电系统共有六种：基于SCIG 的风电系统[5]、基于DFIG 的风电系统[6]、基于直驱式EESG 的风电系统[7]、基于直驱式PMSG 的风电系统[8]、基于半直驱PMSG 的风电系统[9]和基于PMBDCG 的风电系统[10]。
近年来， 一些具有商业化潜力的新型风力发电机及其风力发电系统不断涌现。新型变速恒频风电系统主要有以下八种：基于 SRG 的风电系统[11]、基于 BDFIG 的风电系统[12]、基于CPG 的风电系统[13]、基于HVG 的风电系统[14]、基于DWIG 的风电系统[15]、基于
TFPMG 的风电系统[16]、基于DSPMG 的风电系统[17]和基于EVT 的风电系统[18]。
4. 风力发电中的关键技术
4.1并网技术的研究和最大风能的捕获
并网技术是通过对全功率电力变换器的控制算法来实现控制目的。并网控制方面，文献
[19]提出了直流侧并网的新方法。 在直流电容与 DC/AC 之间安装并网开关。并网前并网开关断开，DC/AC 通过限流电阻对电容进行充电， 此时发电机在风力机的带动下转速从 0 上升。 当电容充电达到交流电网线电压幅值时闭合并网开关，同步风力发电机并网。 正常情况下，发电机转速从低到高逐渐上升，并在某一转速下并入电网。当由于某种原因， 发电机在高转速下脱网需要重新并网， 由于此时电容已经充电且直流母线电压高于网侧交流线电压幅值， 因此只要将并网开关闭合就可实现并网。
直驱式永磁同步风力发电机经电力电子变换器并入电网以后的控制目标是风速小于额定风速时实现最大风能捕获， 风速超过额定风速时使系统以额定功率输出[20]。
最大风能捕获的目的就是通过适当的控制，使风力机转速随风速变化，始终沿着最佳功率曲线运行，从而使风能转化最大化。 最大风能追踪可以有变桨距调节，也可以通过调节发电机功率来调节转速以保持最佳叶尖速比实现。 出于可行性、经济性和可靠性的考虑，当前使用的主要是通过控制发电机输出功率以调节其电磁功率，进而调节发电机转速。
具体实现时， 在发电机有功和无功功率解耦控制的基础上，根据有功功率给定的提取方法的不同，又有有速度传感器和无速度传感器的控制方法之分。有速度传感器的控制方法是根据风力机最佳功率曲线和风力机转速实时计算发电机输出功率给定。而无速度传感器的控制方法又有扰动法[21,22,23]、参数估计法、查表法和人工在智能法几类。
4.2低电压穿越的研究
电网电压跌落时， 由于受变流器通流能力的限制，网侧逆变器注入电网功率减小。而此刻机侧整流器的功率并没有改变，造成直流侧的过电压。如果维持直流侧电压稳定，则必然造成逆变器过电流。过电压和过电流都将导致电力电子器件的损坏， 为了保护变流器不被损坏， 风力发电机组将在电压跌落时退出运行。电网穿透率小时，风力发电机组在电压跌落时退出运行还是可以接受的。
然而，随着风力发电规模的不断扩大，若风电机组在电压跌落时仍然采取被动保护式脱网， 则会增加整个系统的恢复难度，甚至使故障更加严重，最终导致系统其他机组全部解列。 目前在风力发电技术发展领先的一些国家，如丹麦、德国等已相继制定了新的电网运
行准则, 定量给出了风电系统离网的条件(如最低电压跌落深度和跌落持续时间)，只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力机脱网，当电压在凹陷部分时,发电机应提供无功功率。这就要求风电系统具有较强的低电压穿越能力，能方便地为电网提供无功支持。 因此必须研究低电压穿越的措施， 实现电网电压跌落时风力发电机不脱网运行。
文献[24]通过在逆变器交流侧加装无功补偿装置和低通滤波器来应对电网电压不对称跌落对系统所造成的影响， 使逆变器只能感受到电网的正序电压，保持其对称工作状态，从而实现低电压穿越;文献[25-28]通过直流侧加卸荷负载以消除电压跌落时直流侧的功率拥堵， 避免直流侧的过电压和逆变器的过电流，实现低电压穿越。这些方法都要增加专门的元件，降低了系统的可靠性和经济性，使控制变得复杂。
结论
风电作为我国今后大力重点发展的 3 类新能源之一， 在今后将具有广阔的发展和应用前景， 风力发电在摆脱对化石能源的过度依赖、 缓解中国能源紧缺、 改善生态环境和扩大社会效益等方面将做出较大的贡献。本文对风力发电的发展状况，如传统的恒速/变速风电系统、现代变速恒频风电系统和新型变速恒频风电系统进行了简单介绍。随着风电技术的不断变革以及机组制造工艺的持续改进， 将来风力发电的竞争力必定逐渐提升， 其发展前景广阔。
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在起动阶段，通过调节变桨距系统控制发电机转速，将发电机转速保持在同步转速附近，寻找最佳并网时机然后平稳并网;在额定风速以下时，主要调节发电机反力转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能;在额定风速以上时，采用变速与桨叶节距双重调节，通过变桨距系统调节限制风力机获取能量，保证发电机功率输出的稳定性，获取良好的动态特性;而变速调节主要用来响应快速变化的风速，减轻桨距调节的频繁动作，提高传动系统的柔性。变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。
随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。作为风力资源较为丰富的国家之一，我国加快了风电技术领域的自主开发与研究，“十五”期间，600kw风力发电机组开始产业化实施，兆瓦级失速型。兆瓦级变速恒频的风力发电机组国产化已列入国家“863”科技攻关顶目。本文针对当前并网型风力发电机组的几种功率凋节控制技术进行了介绍，并指出其各自的优缺点。
1定桨距失速调节型风力发电机组 定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机(即大/小发电机)。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。 失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。其缺点是叶片重晏大(与变桨距风机叶片比较)，桨叶、轮载、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。
2 变桨距调节型风力发电机组 变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电;在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节;当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。 随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。 变桨距调节的优点是桨叶受力较小，桨叶做的较为轻巧。桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的吸收风能转化为电能，同时在高风速段保持功率平稳输出。缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。
3 主动失速调节型风力发电机组 将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组相结合，充分吸取了被动失速和桨距调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节。在低风速肘，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，桨距角调整优化机组功率的输出;当风力机发出的功率超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值以下，限制机组最大功率输出，随着风速的不断变化，桨叶仅需要微调维持失速状态。制动刹车时，调节桨叶相当于气动刹车，很大程度上减少了机械刹车对传动系统的冲击。 主动失速调节型的优点是其言了定奖距失速型的特点，并在此基础上进行变桨距调节，提高了机同频率后并入电网。机组在叶片设计上采用了变桨距结构。
其调节方法是：在起动阶段，通过调节变桨距系统控制发电机转速，将发电机转速保持在同步转速附近，寻找最佳并网时机然后平稳并网;在额定风速以下时，主要调节发电机反力转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能;在额定风速以上时，采用变速与桨叶节距双重调节，通过变桨距系统调节限制风力机获取能量，保证发电机功率输出的稳定性，获取良好的动态特性;
而变速调节主要用来响应快速变化的风速，减轻桨距调节的频繁动作，提高传动系统的柔性。变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。 变速恒频的优点是大范围内调节运行转速，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，可以最大限度的吸收风能，因而效率较高;控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率，但控制系统较为复杂。
3存在的问题及展望
尽管近年来我国风电产业得到了迅猛的发展，但同时也暴露出众多的问题。首先，我国尚未完全掌握风电机组的核心设计及制造技术。在设计技术方面，我国不仅每年需支付大量的专利、生产许可及技术咨询费用，在一些具有自主研发能力的风电企业中，其设计所需的应用软件、数据库和源代码都需要从国外购买。在风机制造方面，风机控制系统、逆变系统需要大量进口，同时，一些核心零部件如轴承、叶片和齿轮箱等与国外同类产品相比其质量、寿命及可靠性尚有很大差距。其次，我国风电发展规划与电网规划不相协调，上网容量远小于装机容量。风电发展侧重于资源规划，风电场的建设往往没有考虑当地电网的消纳能力，从而造成装机容量大，并网发电少的现状。2009年新增装机容量中1/3未能上网，送电难已经成为制约风电发展的瓶颈。最后，我国风电的技术标准和规范不健全，包括风机制造、检测、调试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。因此，展望我国未来的风电产业发展，必须加强自主创新掌握核心技术;必须加大电网建设力度，合理规范风电开发;必须加大政策扶持力度，建立健全完善统一的风电标准规范体系。
参考文献：
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风力发电机组的运行维护技术
摘要：风力发电机是集电气、机械、空气动力学等各学科于一体的综合产品，各部分紧密联系，息息相关。风力机维护的好坏直接影响到发电量的多少和经济效益的 高低;风力机本身性能的好坏，也要通过维护检修来保持，维护工作及时有效可以发现故障隐患，减少故障的发生，提高风机效率。
随着科技的进步，风电事业的不断发展。风能公司下属的达坂城风力发电场的规模也日益扩大，单机容量从30kW逐渐升至600kW，风机也由原来的引进 进口设备，发展到了如今自己生产、设计的国产化风机。伴随着风机种类和数量的增加，新机组的不断投运，旧机组的不断老化，风机的日常运行维护也是越来越重 要。现在就风机的运行维护作一下探讨。
一.运行
风力发电机组的控制系统是采用工业微处理器进行控制，一般都由多个CPU并列运行，其自身的抗干扰能力强，并且通过通信线路与计算机相连，可进行远程控制，这大大降低了运行的工作量。所以风机的运行工作就是进行远程故障排除和运行数据统计分析及故障原因分析。
1.远程故障排除
风机的大部分故障都可以进行远程复位控制和自动复位控制。风机的运行和电网质量好坏是息息相关的，为了进行双向保护，风机设置了多重保护故障，如电网 电压高、低，电网频率高、低等，这些故障是可自动复位的。由于风能的不可控制性，所以过风速的极限值也可自动复位。还有温度的限定值也可自动复位，如发电 机温度高，齿轮箱温度高、低，环境温度低等。风机的过负荷故障也是可自动复位的。
除了自动复位的故障以外，其它可远程复位控制故障引起的原因有以下几种：
(1)风机控制器误报故障;
(2)各检测传感器误动作;
(3)控制器认为风机运行不可靠。
2.运行数据统计分析
对风电场设备在运行中发生的情况进行详细的统计分析是风电场管理的一项重要内容。通过运行数据的统计分析，可对运行维护工作进行考核量化，也可对风电场的设计，风资源的评估，设备选型提供有效的理论依据。
每个月的发电量统计报表，是运行工作的重要内容之一，其真实可靠性直接和经济效益挂钩。其主要内容有：风机的月发电量，场用电量，风机的设备正常工作时间，故障时间，标准利用小时，电网停电，故障时间等。
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风机的功率曲线数据统计与分析，可对风机在提高出力和提高风能利用率上提供实践依据。例如，在对国产化风机的功率曲线分析后，我们对后三台风机的安装 角进行了调节，降低了高风速区的出力，提高了低风速区的利用率，减少了过发故障和发电机温度过高故障，提高了设备的可利用率。通过对风况数据的统计和分 析，我们掌握了各型风机随季节变化的出力规律，并以此可制定合理的定期维护工作时间表，以减少风资源的浪费。
3.故障原因分析
我们通过对风机各种故障深入的分析，可以减少排除故障的时间或防止多发性故障的发生次数，减少停机时间，提高设备完好率和可利用率。如对150kW风 机偏航电机过负荷这一故障的分析，我们得知有以下多种原因导致该故障的发生，首先机械上有电机输出轴及键块磨损导致过负荷，偏航滑靴间隙的变化引起过负 荷，偏航大齿盘断齿发生偏航电机过负荷，在电气上引起过负荷的原因有软偏模块损坏，软偏触发板损坏，偏航接触器损坏，偏航电磁刹车工作不正常等。又如，在 对Jacobs系列风机控制电压消失故障分析中，我们采用排除实验法，将安全链当中有可能引起该故障的测量信号元件用信号继电器和短接线进行电路改造，最 终将故障原因定位在过速压力开关的整定上，将该故障的发生次数减少，提高了设备使用率，减少了闸垫的更换次数，降低了运行成本。
二.维护
风力发电机是集电气、机械、空气动力学等各学科于一体的综合产品，各部分紧密联系，息息相关。风力机维护的好坏直接影响到发电量的多少和经济效益的高 低;风力机本身性能的好坏，也要通过维护检修来保持，维护工作及时有效可以发现故障隐患，减少故障的发生，提高风机效率。
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