并網型風力發電系統研究綜述
李珂
（華北電力大學電氣與電子工程學院，北京102206）
摘要：概述了并網型風力發電系統的基本工作原理、工作方式和風力發電機的空氣動力學特性，在此基礎上，闡述了并網型風力發電系統的典型電路拓撲結構，及其工作原理和控制方法，并比較了不同拓撲下風電系統的效率，最后指出了各種方法的優缺點以及今后的發展方向。
關鍵詞：風力發電；發電機；電路拓撲結構；并網控制
中圖分類號：tm351 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)02_0083_04
0引言
風力發電技術的發展主要體現在并網型風力發電機組的大型化和其控制技術。大型化有利于提高風能利用效率，降低單位功率造價；控制技術的提高則主要由于電力電子技術的發展和現代控制技術的引入，人們對其變流電路和整機控制系統的研究。隨著并網機組需求持續增長，生產量上升，機組更新換代，單機容量提高，機組性能優化，故障降低，生產成本將會越來越低，風電必將具備與常規能源競爭的能力。
1并網型風力發電基本原理和特性
1.1原理
并網型風電系統的基本原理是：風輪機利用葉輪旋轉，從風中吸收能量，將風能轉化為機械能，葉輪通過一增速齒輪箱帶動發電機旋轉（直驅式風力發電系統無此環節），發電機再將機械能轉化為電能，并入電網供用戶使用。并網型風電系統的風機一般為水平軸式。水平軸式風機在其槳葉正對風向時才旋轉，根據風向，由偏航系統控制風機迎風。對于變槳矩機組，還需要一套變槳矩系統，主要有液壓型與電氣傳動型兩類。前者適合在大中型機組中應用，后者具有可靠性高和槳葉獨立可調的特點。
l。2空氣動力學特性
風機輸出的功率和機械轉矩是隨風速的變化而不斷變化的，其關系式可表示為：
式中，p為風輪輸出功率；cp=f(λ，α)為風輪的利用系數；a=πr2為風輪掃掠面積；ρ為空氣密度；u為風速；r力風輪半徑；λ=ωr/v為葉尖速比；ω為風輪機械角速度；α為風機槳矩角；t為機械轉矩。
由上式可知，假設空氣密度p、風輪掃風面積a和風速v不變，則風機所獲得的機械能只為風能利用系數cp的函數，且cp僅為風力機的葉尖速比a和風機槳矩角α的函數。不同的風機，其函數關系不同。-一種典型風機的cp與a和α的函數關系
如圖1所示。
由此可見，對于一臺確定的風力機，槳葉不變時，風機槳矩角α不變，風速v與風機轉速ωm相對應，才能保證葉尖速比λ總為****葉尖速比λopt并使得c為****cmaxp為****pmax而此時的機械轉矩r為****轉矩topt。
2并網型風力發電系統工作方式及比較
并網型風力發電系統有恒速恒頻( cscf)和變速恒頻( vscf)兩種工作方式l6i。cscf方式下，隨著風速的變化，風機轉速恒定，輸出電能頻率恒定，其發電效率較低，而且由于機械承受應力較大，相應的裝置成本較高。vscf方式下，風機轉速隨風速的變化而變化，實現了不同風速下的高效發電，在低風速下，風機轉速相應下降，從而使系統的機械應力和裝置成本都大大降低。
圖2為槳矩角一定時，不同風速下的風力機功率與轉速關系曲線。其中風速vl> v2 >v3。若風機工作在cscf方式下，風機轉速為002恒定，風速變化時，系統運行在圖中的c、d、e點，顯然只有：風速下，系統獲取的風能****；當風機工作在vscf方式下，即風機轉速隨風速而變化時，系統可以運行在b、d、f焦，即不同風速下系統都可以獲取****風能。因此，vscf方式下風電系統運行效率遠高于cscf方式。
3并網型風力發電系統拓撲結構
3.1拓撲一：風力機驅動雙速異步發電機與電網并聯運行
雙速異步發電機并網時多采用晶聞管軟并網方法來限制并網瞬間的沖擊電流，同時也在低速（低功率 |
