风力发电机组的技术特点及参数样本.docx
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风力发电机组的技术特点及参数样本
当前国内生产小型风力发电机按额定功率分为１０种，分别为１００Ｗ、１５０Ｗ、２００Ｗ、３００Ｗ、５００Ｗ、１ｋＷ、２ｋＷ、３ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ。
其技术特点是：
２～３个叶片、侧偏调速、上风向，配套高效永磁低速发电机，再配以尾翼、立杆、底座、地锚和拉线。
机组运营平稳、质量可靠，设计使用寿命为１５年。
风轮最大功率系数已从初期０．３０左右提高到０．３８～０．４２，并且启动风速低，叶片材料已多样化：
木质、铁质、铝合金、玻璃钢复合型和全尼龙型等。
风轮采用定桨距和变桨距两种，以定桨距居多。
发电机选配是具备低速特性永磁发电机，永磁材料使用是稀土材料，使发电机效率从普通电机０．５０提高到当前０．７５以上，有些可以达到０．８２。
小型风力发电机组调向装置大某些是上风向尾翼调向。
调速装置采用风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨距调速机构或风轮上仰式调速。
功率较大机组还装有手动刹车机构，以保证风力机在大风或台风状况下安全。
风力发电机组配套逆变控制器，除可以将蓄电池直流电转换成交流电功能外，还具备保护蓄电池过充、过放、交流卸荷、超载和短路保护等功能，以延长蓄电池使用寿命。
机组价格较低，且适合于国内低速地区应用。
几种机组型号及技术参数见表３－４。
表３－４ 几种小型风力发电机组型号及技术参数
产品型号
风轮直径／ｍ
叶片数
风轮中心高／ｍ
起动风速／（ｍ／ｓ）
额定风速／（ｍ／ｓ）
停机风速／（ｍ／ｓ）
额定功率／W
额定电压／V
配套发电机
品质／㎏
FD2-100
FD2-150
FD2.1-200
FD2.5-200
2
2
2.1
2.5
2
2
3
3
5
6
7
7
3
3
3
3
6
7
8
8
18
40
25
25
100
150
200
300
28
28
28
42
铁氧体
永磁交流
发电机
80
100
150
175
FD3-500
FD4-1K
FD5.4-2K
3
4
5.4
3
3
3
7
9
9
3
3
4
8
8
8
25
25
25
500
1000
42
56
110
钕铁硼
永磁交流
发电机
185
285
1500
FD6.6
6.6
3
10
4
8
20
3000
110
电刷爪级
1500
FD7-5K
FD7-10K
7
7
2
2
12
12
4
4
9
11.5
40
60
5000
10000
220
220
电容励磁
异步电机
2500
3000
风电并网 三大前沿问题有突破
新能源开发和能源危机是当前能源领域两大热点问题。
从能源源头来说，人们把老式化石能源比作“昨天阳光”，而新能源则是“今天阳光”，可见人们对新能源热衷限度。
当前来看，由于太阳能发电成本较高，生物质能源有局限性，地热能、潮汐能又很有限，相比之下风电最受宠。
然而，风电是一种波动性、间歇性电源，大规模并网运营会对局部电网稳定运营导致影响。
当前，世界风电发达国家都在积极开展大规模风电并网研究。
随着近两年国内大型风电基地建设步伐逐渐加快，如何解决大规模风电并网问题迫在眉睫。
可再生能源发电实验室：
实现风电机组检测零突破
9月底，中华人民共和国电力科学研究院（如下简称“中华人民共和国电科院”）可再生能源发电实验室获得中华人民共和国合格评估国家承认委员会（CNAS）颁发实验室承认证书，成为国内第一家获得国际互认风电机组测试资质检测机构，这将有助于规范当前良莠不齐风电机组制造业。
近几年，国内风电发展速度惊人，风电装机容量以每年翻一番势头迅猛增长。
关于专家以为，中华人民共和国拥有全球最大风电市场，在短短几年时间内，国内就诞生了数十家风电机组制造公司。
风电机组制造业一派繁华景象背后却隐藏着新问题。
某些风电机组生产商由于技术积累局限性，投放到市场中某些风电机组带有质量问题，给并网运营带来了严重隐患。
电力系统对电能质量规定是非常严格，必然规定电源运营性能达到相应原则，更何况风电又是一种波动性、间歇性电源。
如果风电不满足电力系统对电能质量规定，将会给电力系统带来很大问题。
记者理解到，由于当前没有风电机组和风电场入网原则和检测原则，绝大某些风电机组功率曲线、电能质量、有功和无功调节性能、低电压穿越能力等都没有通过有资质机构检测。
今年吉林省电网持续发生40万千瓦风电机组同步切除状况，其因素就是这些机组不具备低电压穿越能力。
尚有某些电气化铁路附近风电场，由于抗干扰能力不强，在火车通过时经常发生机组切除现象。
中华人民共和国电科院副总工程师、IEEE（美国电气及电子工程师学会）电力和能源协会北京分会主席胡学浩告诉记者，风电机组质量问题是电网安全潜在威胁，亟需第三方检测机构对出厂前风电机组进行质量认证，从源头上杜绝不合格风电机组接入电力系统。
为此，中华人民共和国电科院专门成立了国内首家可再生能源发电实验室，开展风电机组和风电场运营检测有关工作。
“关于上述问题国外有诸多经验值得咱们借鉴。
中华人民共和国电科院通过中德国际合伙项目，联系国外知名测试机构进行培训、购买测试设备，并聘请国际权威专家授课，给可再生能源发电实验室建设提供了核心支撑。
”胡学浩说，当前可再生能源发电实验室已经具备了风电机组功率特性测试和电能质量测试能力，完毕了金风0.15万千瓦直驱型风电机组和华创0.15万千瓦双馈型风电机组测试项目，其她测试项目也正在进行中。
胡学浩还简介，下一步可再生能源实验室打算进行风电机组噪声测试、机组机械载荷测试，以及风电机组低电压穿越能力测试等能力建设。
风电功率预测系统：
风电并网必备技术
众所周知，风电具备间歇性和波动性，而电力系统是实时平衡，风电波动需要通过常规电源调节和储能系统来平衡，这是长期困扰风电并网最大难题。
既然风电场出力重要由风力大小决定而难以人为控制，那么与否可以提前预知风电场出力呢？
如果能做到这一点，风电对电网影响也会随之变小。
对此，胡学浩以为，风电功率是可以预测，并且是风电并网必备技术手段之一。
通过风电功率预测，可以合理安排常规电源运营方式，减少电力系统备用容量，提高电力系统运营经济性，同步提高电力系统接纳风电能力。
因而，风电功率预测系统必将是此后电网稳定运营、电网调度、电力市场运营等需要重要技术支持。
据胡学浩透露，中华人民共和国电科院当前正承担着国家科技支撑筹划《风电场输出功率预测系统开发及示范应用》，以及国家电网公司各种科研项目。
该院正在进行风电功率预测办法研究并在七个网、省公司建立风电功率预测系统，所有项目将于完毕。
第一种示范工程项目——吉林电网风电功率预测系统将于近期投入运营。
风电并网技术原则：
引导风电场规范建设
不同电源送出电力有优劣之分。
如果风电质量不达标，电网安全就会受到严重影响。
胡学浩分析以为，国家规定电网公司全额收购并网风电，指也是符合原则风电，随着近几年风电迅速增长，出台风电并网有关技术原则显得尤为迫切。
在胡学浩看来，对风电场并网作出相应技术规定，一方面可以保证风电场和电力系统安全稳定运营，明确电网公司和风电开发商责任和义务，适应国内此后大规模建设风电场实际需要；另一方面，对国产化风电机组技术发展方向提供了对的引导，使国产化风电机组性能逐渐达到国际先进水平。
据简介，从开始，中华人民共和国电科院就开始着手编制国内《风电场接入电力系统技术规定》和国家电网公司《风电场接入电网技术规定研究》。
当年年终，国家质检总局和国标化委员会就发布了GB/Z19963-《风电场接入电力系统技术规定》。
当前中华人民共和国电科院正在进行该原则修订工作，使之更适应当前和将来国内风电大规模发展需求。
直驱式风力发电并网变流器装置
摘要从控制原理、电路拓扑、技术特点、实验分析等方面简要扼要地阐述了直驱式风力发电并网变流器。
此变流器网侧功率因数高，电流谐波失真系数（THD）小，动态响应快，呈电流源特性，易于多单元并联。
核心字风力发电；直驱式变流器；电流谐波失真系数（THD）
0引言
风力发电是当前最具备形成规模化和最具备商业化可再生能源技术。
而事实上风力发电在很大限度上取决于变速恒频发电系统发展，变速恒频发电系统已经成为MW级以上风力发电机组主流技术。
所谓变速恒频，就是通过调速控制，使风力发电机组风轮转速可以跟随风速变化，最大限度地提高风能运用效率，有效减少载荷，同步风轮及其所驱动电机转速变化时，保证输出电能频率始终与电网频率一致。
变速恒频风力发电系统重要分为双馈式和直驱式两种类型。
双馈式由于其变流器串联在双馈发电机转子绕组中，其容量只有系统总功率1/4~1/3，有效地减少了系统成本；与双馈式相比，直驱式采用低速永磁同步发电机构造，无齿轮箱（或半直驱式，采用一级齿轮箱），也无滑轮，机械故障少，损耗小，运营效率高，维护成本低，但是，由于直驱式采用系统全功率传播，初始成本相对较高。
当前国内许多高校、研究所和公司重要研究、跟踪，消化吸取双馈式并网变流器，而咱们公司近年来运用近年研究开发大功率变频器主电路拓扑和回馈并网控制技术优势，专注直驱式风力发电并网控制技术开发，成功研制出该产品，并已安装调试于内蒙古包头市，现已成功运营数月，且无端障记录。
1控制原理
MW级大功率直驱式并网变流器采用多单元并联构造，单个单元主电路拓扑采用交-直-交电压型构造，如图1或图2所示，图1采用二极管不控整流和Boost升压稳压电路，图2采用PWM全控整流电路。
采用图1主电路拓扑，通过Boost升压稳压环节将较好地控制后端逆变器输入直流电压，即无论二极管不控整流输出直流电压变化多大，通过Boost升压稳压电路后，其直流电压基本稳定，使后端逆变器调制度范畴好，提高运营效率，减小损耗，同步，Boost电路还可以对永磁同步发电机输出侧进行功率因数校正。
采用图2主电路拓扑，通过PWM可控整流技术，可以较好地解决发电机端交流电压不稳、谐波较大和直流侧电压变化大问题，是最具发展前程主电路构造方式。
两种主电路各有各优缺陷。
控制上采用电流内环，电压外环双闭环矢量控制技术。
各个单元采用载波移相多重化技术，不必额外增长滤波器，便能使网侧电流谐波失真系数THD＜国标5%规定。
2技术特点
山东新风光电子科技发展有限公司运用近年研制低压大功率变频器主电路拓扑和能量回馈并网技术，成功研制并已成功用于风力发电项目中直驱式风力发电并网变流器，其技术特点有：
1）控制上采用电压电流双闭环矢量控制，呈现电流源特性，电流环是直驱式风力发电并网变流器控制核心；
2）变流器对电网呈现电流源特性，容易做多单元并联，易于大功率化组装，各个单元之间采用多重化载波移相，极大地减小了网侧电流总谐波；
3）网侧逆变器采用三电平电路拓扑，适应网侧电压范畴广，同步也有益于减小网侧谐波电流；
4）MW级变流器需各种单元并联组合，系统控制会自动分组工作，很容易线性化并网回馈功率，易于整个风电项目系统控制，同步有益于减小电流总谐波；
5）并网变流器采用先进PWM控制技术，可以灵活调节系统有功和无功功率，减小开关损耗，提高效率，自动使并网功率最大化；
6）动态响应快，依照风电整体控制，可以瞬时满足大范畴功率变化规定，适应性强；
7）具备过热、过流、短路、旁路、网侧电压异常等各种保护功能，具备各种模仿量和数字量接口，具备CAN总线或RS485串行总线等接口，与风电项目中其他某些连接以便，控制灵活。
3实验波形分析
图3是并网电流为60A时网侧电压电流波形图，图4是并网电流为100A时网侧电压电流波形图。
从两图可以看出，网侧电流正弦化，且与电网电压反相，呈现负单位功率因数，同步也能观测到随着电流增大，网侧电流谐波失真系数（THD）越来越小，即整体效率越来越高。
4结语
直驱式风力发电并网变流器采用交-直-交三电平电压型主电路拓扑，呈控制电流源特性，容易并联，易于大功率化组装，网侧电流正弦化，可以软并网，对电网无冲击，无污染，可以广泛用于风力发电等可再生能源项目中。
中华人民共和国风力发电机组总装公司概况（摘登）
《风电设备》杂志社主编
中华人民共和国风力发电信息网主编
中华人民共和国农机协会风能设备分会秘书长
祁和生
一、风电机组制造公司概况
截至7月底，国内风电机组制造商共有40家，其中华人民共和国有、国有控股公司17家，民营制造公司共12家，合资公司7家，外商独资公司4家。
全国总装公司基本状况见附表。
依照公司产品产业化贯彻限度，大体可分为如下三种类型：
第一类：
产业化贯彻限度比较好，已基本具备大批量生产能力风电机组制造公司，涉及新疆金风科技股份有限公司、华锐风电科技有限公司、东方汽轮机有限公司和浙江运达风力发电工程有限公司、南通航天万源安讯能风电设备制造有限公司等6家；
第二类：
已试制出样机或已具备小批量生产能力风电机组制造公司，涉及保定惠德风电工程有限公司、上海电气风电设备有限公司、沈阳华创风能有限责任公司、江苏新誉风力发电设备有限公司、浙江华仪风电有限公司、湖南湘电风能有限公司、广东明阳风电技术有限公司、北京北重汽轮机有限责任公司、广州英格风电设备制造有限公司等11家；
第三类：
正在开展样机试制或整机设计工作，产业化工作有待进一步贯彻风电机组制造公司，涉及重庆海装科技发展有限公司、瑞能北方风电设备有限公司、保定天威风电科技有限公司、上海万德风力发电股份有限公司、中华人民共和国南车集团株洲电力机车研究所、无锡宝南机器制造有限公司、国电联合动力技术有限公司等19家。
第四类：
已有成熟设计制造技术，正在国内建造总装或部件公司国外独资公司，涉及：
通用电气能源（沈阳）有限公司、歌美飒风电（天津）有限公司、维斯塔斯风力发电设备（中华人民共和国）有限公司、苏司兰能源（天津）有限公司等4家。
二、风电机组技术特点
国内正在制造和生产风电机组其重要技术特点，大体可分为如下三类：
第一类：
双馈式变桨变速机型，是当前大某些公司所采用风电技术，技术已成熟，属风电行业主流先进技术。
像通用电气、歌美飒、维斯塔斯、苏司兰、华锐、东汽、上海电气、北重、沈阳华创等公司就是采用这种技术。
第二类：
直驱永磁式变桨变速机型，是近几年发展起来先进技术，技术也已成熟，是将来风电技术发展方向。
像金风科技、湘电风能、上海万德、广西银河、常州新誉等公司就是采用这种技术。
第三类：
失速型定桨定速机型，不是当前市场主流技术，但技术成熟，运营维护经验相对丰富，设备性能和产能比较稳定。
如金风科技和浙江运达600kW、750kW机组等。
三、风电机组技术来源
国内正在制造和生产风电机组其重要技术来源，大体可分为如下四类：
第一类：
引进国外设计图纸和技术，或者是与国外设计技术公司联合设计，在国内进行制造和生产。
象金风科技引进1200kW、1500kW风电机组，当前已在国内批量生产和供货。
尚有浙江华仪、广东明阳、国电联合动力1500kW机组，重庆海装、上海电气kW等公司都是采用这种方式引进，当前这些公司正在进行样机试制过程中。
第二类：
购买国外成熟风电技术，在国内进行允许生产。
象金风科技600kW、750kW，浙江运达750kW、华锐风电、东汽1500kW、风电机组，都在国内成功生产并实现产业化，这些机组是国内主力机型。
尚有重庆海装850kW，保定惠德、武汉国测、吴忠仪表1000kW，上海电气1250kW，北重kW等公司都是采用这种方式引进，当前这些公司正在进行样机试制过程中。
第三类：
与国外公司合资，引进国外成熟技术在国内进行生产。
象航天安迅能、恩德风电1500kW，在国内已成功生产并实现产业化。
尚有湘电风能、瑞能北方kW等公司都是采用这种方式引进，当前这些公司正在进行样机试制过程中。
第四类：
国外风电机组制造公司在国内建立独资公司，将其成熟设计制造技术带来，在国内进行生产。
象歌美飒风电850kW、苏司兰1250kW、通用电气1500kW、维斯塔斯kW机组都是采用这种方式进行生产，当前已逐渐开始批量生产。
第五类：
运用国内大学和公司自行设计风电机组，进行生产。
象沈阳华创、江苏新誉、浙江运达1500kW机组，上海万德1000kW、南通锴炼kW等公司都是采用这种方式进行生产。
四、风电机组部件供应状况
随着国内风电市场需求加大，核心部件配套生产公司有了一定发展，风电产业制造和配套部件专业化产业链正逐渐形成。
其中：
1、发电机制造公司有永济电机厂、兰州电机厂、上海电机厂有限公司、株洲时代电机厂、湘潭电机有限公司、大连天元电机公司等，，可以满足国内风电产业发展需要。
2、齿轮箱制造公司有南高齿、重齿、杭齿、大连重工、德阳二重等，本地化贯彻状况比较好，当前基本能满足国内风电产业发展需要。
但由于齿轮箱轴承质量规定较高，当前国内尚无法提供合格产品，齿轮箱产能受国外轴承供应影响较大。
此外齿轮箱制造工艺、质量和产能提高，需要某些高精设备来保证，这些设备订购周期将对产能有一定影响。
3、控制系统当前重要采用丹麦MITA和奥地利Windtec生产设备，订购周期较长，对风电机组产能有一定影响。
但国内已有科诺伟业、北京景新、时代集团等公司在研制生产，可以逐渐减少设备进口影响。
4、叶片制造公司有保定惠腾、上玻所、北玻院、中复和天津LM等，本地化贯彻状况好，可以满足国内风电产业发展需要。
5、变桨和偏航轴承国内有洛轴、瓦轴和徐州罗特艾德公司可以提供，但没有通过长期运营考验。
有些公司采用国外产品，供货周期较长，对风电机组产能有一定影响
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