风力发电机组设备与技术发展简介

　　中国陆地上可以使用的风能发电约为两个半亿左右，截至目前，风力发电价值大约为八亿千瓦左右，共计十亿千瓦左右。根据最近国家发布的电力发展规划目标，截至2020 年左右，中国风电总装机容量将达到三千万千瓦，由此可见，风力发电对于我们国家科技的发展和进步，资源的利用以及可持续发展有着至关重要的作用和意义。文章简单介绍了风力发电机机组的原理、安装装备以及利用技术，希望对于该工作作业的从事者有所帮助。

　　

　　1　风力发电机组控制技术的原理风力机的工作原理是通过风力驱动叶轮旋转，然后通过提高驱动系统的速度来达到发电机的转速，驱动发电机发电，从而有效地将风能转化为电能。根据目前的风车技术，风速约为每秒3 米可以开始发电。其中，大型风力发电机的风力发电机旋转得相当缓慢。一个相对简单的风力涡轮机使用固定的速度，通常有两种不同的速度- 弱风中的低速和强风中的高速，这些恒速风力电动机的感应发电机可以直接产生电网频率的交流电流。较新的设计通常是变速的。通过变速运行，可以提高风力机的气动效率，在弱风情况下可以提取更多的能量，降低噪声。

　　

　　2　风力发电机机组设备大型风力发电机主要组成部分有：变速箱、叶片、主轴、发电机、控制系统以及塔架等部分组成。控制系统是风力发电机组的最为核心的一部分部分，它的作用就是保证风力发电机组可以安全可靠地运行。风力机控制系统主要包括三部分：变桨控制、主控制以及变电流控制。主控制系统可以协调风力发电机组变桨控制和变电流控制，主要作用就是在保证传动系统可以正常灵活运转的前提下，可以实现风电机组在变风条件下实现稳定输出，进而使得风电机组的运行状态以及控制和状态监测可以成功进行，也能够及时处理风力发电机组的事故状态，具有全面的机械保护功能。为了使得输出功率可以得到大大提高，叶片长度应该趋于变长。因此，随着叶片长度的增加，叶片的最高点和最低点的风速自然也就不一样，并且相差较大，而且，叶片设置的位置不一样，叶片的最佳风向自然也就不一样。我们要从安全和发电效率的角度出发设计风力发电机组，风机一定要采用变桨距，变桨距的工作效果又取决于变桨距控制系统。变桨距控制系统就是指根据风力机的风向情况改变叶片方向以及角度的装置。变桨距控制系统的主要目的是通过控制叶片的角度来提高在当天天气处于风力较弱时候叶片的旋转速度，并且在恶劣天气风力过大的时候减小风速，进而可以产生稳定的电压。根据国家发布的电发展规划以及要求，风电机组设备国产化率应在百分之七十以上。所以，风电控制系统的发展对风力发电的发展和设备的国产化起着非常重要的作用。

　　

　　变速箱主要由箱体、行星轮系和变速箱机构三部分组成。

　　

　　变速箱机身加工，变速箱属于大型箱体，而且根据不同的发电量来区分，很多都为分裂结构。齿轮加工，变速箱内的齿轮加工能力要求很大，大型内齿圈、圆柱直齿轮和斜齿轮需要批量生产。数控成形齿轮铣床要求切削深度大、进给量大、轧制速度快。数控插齿磨床要求精度五级以上，要求自动化程度高，可以进行中心自动调整，自动测量，自动修形，稳定性高。目前，国内生产的变速箱为风电企业业主提供了南方高齿。目前我国生产的齿轮已不能满足使用的需要，要求加工设备稳定可靠，应考虑选择国外的部分零部件参与生产。

　　

　　风力发电机的叶片主要由环氧玻璃纤维或碳纤维等复合材料制成。在风力发电机机组叶片设计上，我们主要采用三维气动模拟和结构有限元模拟，采用真空浇注工艺生产叶片。叶片变桨机构主要有减速器、变桨电机、变桨控制器等. 没有特殊要求的制造设备，国产机床可以满足需求。偏航机构的主要部件是内、外齿大轴承、四小齿理论和换挡装置。这种大型轴承目前还不能在国内制造，主要依靠进口。

　　

　　3　风力发电机机组的技术发展随着世界经济的发展，对能源的需求逐年增加。风力发电作为最有前途的新能源和可再生能源之一，因此被人们广泛关注。随着科技的创新，风力发电应用的技术和仪器也在不断创新，近年来风力发电机产业的技术出现了不小的进步：第一，单机由小容量向大容量发展。为了提高风能和发电设备的利用率，减少风电场占用面积，最大限度地发挥风电产业的经济效益，大容量的兆瓦机组已成为发展的趋势和关键。

　　

　　第二，定节距和变距的变化。风能具有爆炸性和随机性的特点。当风速变化时，改变桨距角使桨距角保持在最佳叶尖速比，从而可以最大效率地利用风能。并且还可以在电网出现问题的时候，通过调整叶轮的螺距角来降低风能的捕获效率，这就有利于机组的紧急停机。

　　

　　第三，双馈指引、直接驱动领先。双馈风机技术成熟，控制性能好，生产成本比较低，因此已成为风力发电机机组的首选装备。与直接驱动电机相比，这种技术在某种程度上大大地减少了变速箱带来的隐患，大大提高了运行的安全性，还具有良好的低电压穿越能力。因此，直接驱动风机及其衍生的半直接驱动风机将成为风力发电机机组中的一匹黑马。

　　

　　第四，逐渐转化为海上风力发电。随着风力发电机组容量的不断增加，其庞大的运量难以输送，由于陆地的面积有限，大大限制了风能的采集和利用。海上风能资源极其丰富，不仅风速高，而且噪声要求低，大型机组运输方便等。不仅如此，技术和由其组成的多端直流输电技术也为海上风电输电技术的发展扫清了技术障碍。使其成为未来风力发电的一个重要发展方向。

　　

　　4　结语风能是一种环保且节约成本的可再生能源。现如今，风力发电是可再生能源领域最成熟的技术之一，不仅具有很大的大规模开发价值，而且还有巨大的商业潜力。近年来，我国也越来越重视这一问题。风力发电的发展对调整能源结构、减少环境污染以及解决能源危机具有至关重要的作用和意义。

　　

　　参考文献：[1] 陈会涛.风力发电机齿轮传动系统随机振动分析及动力可靠性概率优化设计[D].重庆大学[2] 高剑.直驱永磁风力发电机设计关键技术及应用研究[D].湖南大学[3] 高峰.风力发电机组建模与变桨距控制研究[D].华北电力大学(北京