摘要：作为风能开发利用的风电受到世界上许多国家的关注，积极鼓励风电发展对中国的能源和环境发展具有重要意义。我国风力发电的发展方向将在我国新能源发电领域占有非常重要的地位。对我国风电装机容量，区域布局和海上风电的现状进行了分析总结，并详细介绍了新型发电机组。分析了风力发电技术的发展趋势和前景。总结了我国风电发展存在的问题，提出了我国风电技术水平措施的建议。
关键词：风力发电；风能；技术现状；发展趋势
引言
近年来，日益紧张的能源供应和环境污染日益突出。因此，国家对新能源的重视日益增加。作为清洁高效的能源，风能已成为利用的重点。我国拥有很长的海岸线，草原戈壁大面积，风力资源十分丰富。随着我国风力发电投资的不断增加，近年来风电发展迅速，已成为重要的能源供应来源。风力发电技术也得到了飞速发展。截至2016年底，我国风电装机容量达到1.6万千瓦，总装机容量9.1万兆瓦。新增装机容量和累计装机容量均达到世界第一。由于风力资源季节性波动，大容量风电场的并网将影响电网的电能质量，系统稳定性，谐波状况，线路损耗和继电保护。风电研究的重点是对风电进行合理预测，提高风电的穿透力，研究动态无功补偿技术，有效解决风电存在的问题。由于风电占电网总装机容量的比例超过系统运行可靠性，风电场比例合理分配与传统能源的合理配置以及风电场对电网影响的降低是风电发展的重点。本文阐述了现有风力发电技术，研究了风电技术面临的问题，展望了风力发电的发展趋势。
1风力发电现状
1.1风电机组装机容量不断扩大
除风电技术进步和有关国家重视外，风电并网的能力不断扩大，总装机容量也在不断扩大。据有关部门统计，2013年全球风电新增装机容量达到35GW，我国风电装机倾向于选择1.5MW和2MW机组。中国的风电资源分为陆上风电资源和海上风电资源。据有关方面预测，目前中国陆上风电资源量为2.53亿千瓦，可用海上风电资源量为7.5亿千瓦。与其他国家相比，总量非常大。
1.2风电联网运行
风电网络运行非常重要，风电与电网的关系是一对矛盾统一，两者相关的影响，相互制约。如何解决两者之间的矛盾已成为风电行业重要的研究课题之一。目前，风电研究大多是自主研究，如风电预测研究，电网接纳能力研究等。
1.3设计生产制造与运行控制技术不断提高
近年来，大部分大型风力发电机组采用变桨距功率调节，控制稳定，控制安全高效。同时，在风电开发和研究过程中，大多数初始阶段都是通过仿真软件进行研究的，后续阶段在实际系统中进行了研究。风力发电系统仿真软件比较多，如PSASP，MATLAB等。
2风力发电机的类型和原理
根据不同的结构和工作原理，风力发电机可分为直流电机，感应电机和同步电机。不同发电机应用于不同的发电系统，恒速恒频风力发电系统往往采用异步感应电机和电励磁同步电机，异步感应电机运行稳定，结构简单，使用维护方便，环境适应性强，但工作范围比众议院。电励磁同步电机具有可靠性高，频率稳定，电能质量好等特点。变速恒频风力发电系统采用更多类型的电机，常用的笼型异步电动机，绕线感应电动机，永磁同步电动机，混合励磁永磁同步电动机，开关磁阻发电机，高压发电机，储能发电机等。
3风力发电中的重点技术问题
3.1风力发电功率的预测
风能的不稳定性和随机性经常导致并网大容量电场严重影响电力系统的可靠性，限制大容量风电场并网运行。因此，风能的科学准确预测有助于风电场选址的合理性和电网能量的合理调度。最常用的风能预测方法有：基于数值天气预报的风能预测，即利用气象信息预测中长期风能；时间序列预测方法，即利用历史风能数据预测短期风能分布和人工神经网络预测，该方法适应性强，适用于非线性模型预测。为了提高预测精度，多种方法的结合是风能预测的发展方向。
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3.2风电场电力电子设备的研究
先进的电力电子技术是现代风力发电的重要技术支撑，为风力发电提供重要技术支撑。风力发电设备中有大量的电力电子设备，如双馈一步发电系统中的PWM变频器，重点介绍直流永磁同步发电系统的AC/DC电力设备，并网技术基于电压源的高压直流输电，电子设备等。因此，加强电力电子设备的研究对风力发电的发展具有重要意义。
3.3低压穿越技术
低电压穿越技术在发生电网故障时，电力电子设备用于确保风电场在一段时间内向电网提供一定量的无功功率，从而确保电网不会断开。当电网电压降低时，由于自我保护，风力涡轮机通常与电网断开。风电对电网的比例较小时，风电对系统影响不大。一旦风机容量大，在故障的基础上解决方案增加了电网的扰动，严重影响了电网的可靠运行，甚至导致整个系统的解决。因此，我国已经制定了低压运行标准，即当电网电压下降到额定电压的20％时，风电机组应能够运行在625ms以下的电网。目前，由于电网的复杂性，目前还不完善，该方案完全可以满足低电压穿越的要求，已成为风电研究的热点问题。
3.4风电场的无功补偿
电压稳定性是风电并网中的一个重要问题。无功补偿是风电电压稳定的重要因素。特别是在异步风力发电机组系统中，异步发电机和变压器设备会产生大量的无功功率。一旦这些无功功率不能及时补偿，就会影响电网的可靠运行。系统无功电流会增加系统电流，同时增加系统损耗，也会影响设备的安全运行；电流和实际功率增加引起的功率设备容量的增加，功率设备的体积也增大，降低了电网的经济运行，另一个电网功率因数太低会导致电网电压下降。风电场的无功补偿有多种方式。目前，最常用和最常用的方法是基于电力电子学的动态无功补偿装置。
4风力发电的发展趋势
4.1机组单机容量持续增大
机组单机容量影响风能的利用效率和单位生产成本，如果将机组的单机容量提高，不仅有助于提高风能利用率而且有助于单位投资成本的降低，增加电场的规模效应，节约风电用地。纵观风电的机组单机容量，经历了600kW、750kW、1.5MW、2.5MW、3.0MW的发展阶段，相信以后随着技术的发展，机组单机容量将会越来越大。同时，海上风电的大容量机组也在快速发展，5-6MW机组已经商业化运行。
4.2结构设计向紧凑、柔性、轻盈化发展
风力发电设备的设计，结构设计紧凑，灵活轻便，有利于运输和安装，加快施工进度，使其尽快投入运行。在这个阶段，采用新型复合材料制造叶片较长的叶片和采用直接驱动系统，可以使风力发电设备紧凑，灵活和轻量化发展。
4.3双馈异步发电技术仍占主导地位
双馈异步发电技术仍将是未来风力发电的主导技术。丹麦的Vestas和德国的Repower都在开发和生产双馈异步变速风力涡轮机。对于中国的风电设备制造商，华锐风电等的研发和生产也是双馈异步发电技术和设备。
结语
近年来风电发展非常迅速，有效解决了国家能源短缺和环境保护问题。对我国的环境与经济可持续发展具有重要意义，是国家重点发展的能源产业。本文介绍了大规模风电场投入对电网安全运行的影响，阐述了风电场运行中面临的技术问题，并对风电场未来发展趋势进行了预测。随着技术的不断发展，风电将逐渐成为常规，成为供电的重要组成部分。
参考文献：
[1]周双喜，鲁宗相.风力发电与电力系统[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2]贺益康，胡家兵，徐烈.并网双馈异步风力发电机运行控制[M].北京：中国电力出版社，2012.
[3]刘彦东.风力发电现状及对策[J].内蒙古石油化工，2011（5）：74-75．
论文作者:胡嘉月
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/23
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