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摘要：风能是最具商业化前景的可再生能源，在全球已得到大规模的开发和利用，随着科技的发展，风力发电技术取得了显著的进步。我国近几年风电产业发展势头强劲，风电新增装机的容量稳居全球前茅，因此，对风力发电的技术现状和发展趋势进行研究具有重要意义。
关键词：风力发电；发展趋势；统计分析
导言：随着环境污染问题日益突出，能源供给渐趋紧张，风力发电作为一种清洁、可再生的能源供应方式，已越来越受到世界各国政府的高度重视。我国幅员辽阔，海岸线长，拥有丰富的风能资源，但地形条件复杂，风能资源的分布并不均匀。据中国气象科学研究院对全国900多个气象站测算，我国陆地风能资源的理论储量为32.26亿KW，可开发的风能资源储量为2.53亿KW；风能资源丰富的沿海及其岛屿，可开发量约为10亿KW。
根据我国风力发电发展水平的总体规划，到2020年底全国总装机规模将达到12000万KW，2050年底将达到50000万KW以上。风力发电规模化的发展，以及其良好的环境效益和逐步降低的成本，必将成为我国未来的重要能源。
1聚类分析及结果
选取2001-2014年我国31个省市的风力发电总装机并网容量
表1Ward法聚类结果整理表.
通过聚类分析，将我国31个省市风力发电总装机并网容量分成三类，具体结果如表1所示：
可以看出：第一类是内蒙古。内蒙古地域广袤，大部分地区属温带气候，地处中纬度西风带，属于较强的大陆性气候。内蒙古高原地区地形平坦，植被稀疏，地形阻挡作用小；冬春季节多风且风大，年平均风速在3米/秒以上，蕴藏着丰富的风能资源，是最适合风力发电的地域，也是截止2014年全国总装机容量最多的省份。
第二类是新疆，甘肃，辽宁，山东，河北。这些均属于北方地区，四季分明，春季多风，冷暖适中，地势平坦，多以平原为主，地势优越，适合风电产业的发展。例如新疆和甘肃地区由山脉相夹（新疆大阪城位于天山山脉的峡谷处，甘肃河西走廊处，北有阿尔金山脉，南有祁连山脉），每当冷空气进入峡谷或者河西走廊时，都会受到两侧山峰的挤压，速度越来越快，于是会产生比别的地区大的风。同时，山东也是中国风能资源最丰富的地区之一，这些地区濒临海洋且地形屏障作用小，夏季风势力强劲，有利于风力发电，自2004年以来，山东省风电的发电量、装机容量年增长速度均在100%左右。天然的优势使得这两个地区成为近年来国家重点发展地区，风力发电水平大跨步的发展。
第三类是广西，青海，天津，江西等省，这些地方发展较慢，总体水平低于前两类，主要原因还是气候以及地势环境的影响因素。如：广西，湖南，贵州等地多呈现多山，多雨，夏季炎热，从地势方面来讲不适合风力发电设备的安装及运行，从季风气候来讲，普遍风力不足，风力不强是阻碍其发展的主要因素。再如青海，西藏，地处高原，季风气候显著，但其春秋季节短暂，冬季寒冷干燥，也阻碍了风力发电的发展。
2风力发电系统的类型
风力发电机组种类很多，可以根据不同的划分标准分成几种类型。
2.1按机组容量划分
按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。
2.2按风力发电机的运行特征和控制方式划分
2.2.1恒速恒频风力发电系统
这种风力发电系统在上世纪八九十年代使用较多，该系统结构简单、控制方便、可靠性高，缺点是该系统转速不随风速大小改变，风能利用率不高，输出功率不大，发电率相对较低。
2.2.2变速恒频风力发电系统
该系统风力机转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。该系统目前是大型风电场中的风电机的主流运行方式。
2.3风力发电的运行方式分类
2.3.1离网型风力发电系统
离网型风力发电系统以单机独立运行为主，该系统容量一般在几百至上千瓦级别，相对较小，主要用于缺点地区用户，在城乡公路供电中应用较为广泛。
2.3.2并网型风力发电系统
并网型风力发电系统与常规发电模式相同，通过与大电网互联提高风能的有效利用，具有较好的经济性，是现阶段比较流行的大型风电场风能发电方式。
2.4风力发电的输出功率调节方式分类
2.4.1定浆距失速调节型
该类型风电系统通过固定轮毂和桨叶来保持浆距角不变，该输出功率调节方式简单，主要用于恒速运行情况，该系统由于叶片较重，机组受力较大，导致发电效率相对较低。
2.4.2变浆距调节型
该类型调节方式通过在风力机上加装叶片调节装置来改变浆距角，使其能够适应风速变化。该方式能够减轻机组重量，使桨叶承受的压力减小，降低机组运行的损耗，提高系统运行效率。
2.5风力发电机风轮轴位置分类
风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。
2.6风力发电的变换器功率变流技术分类
风力发电系统按照的变换器功率变流技术分为交-交变换系统、交-直-交变换系统、混合式变换系统、矩阵式变换系统、多电平变换和谐振变换系统这五类。其中交-直-交变换系统能够实现能量的双向传递，输出电流谐波含量小，系统结构相对简单，目前风力发电系统中应用最为广泛。
3风力发电中的重点技术问题
风力发电作为重要的新兴能源，受重视程度越来越高，如何提高风能的使用效率，改善风力发电的电能质量是风力发电工作研究的重点。
3.1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依托，为风力发电提供重要的技术支撑。风力发电设备中存在大量电力电子设备，如双馈一步发电系统中的PWM变流器、直流永磁同步发电系统重点交直交变频设备、基于电压源的高压直流输电并网技术以及低压穿越所需的电子装置等。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。
3.2低压穿越技术
低压穿越技术在电网发生故障时，利用电力电子技术确保风电场在一定时间范围内向电网提供一定的无功，从而保证电网不脱网运行。当电网电压降低时，风电机组通常由于自我保护而脱离电网，在风电所占电网的比例较小时，风电的脱离不会对系统造成太大影响，一旦风电机组的容量较大，电网故障时风电的解列在故障的基础上增加了电网的扰动，严重影响电网的可靠运行，甚至造成整个系统的解列。因此，我国对低电压运行标准进行了规定，即当并网电压跌至20%才额定电压时，风电机组应能不脱网运行625ms，目前由于电网的故障复杂多变，还没有十分完善的方案能够完全满足低电压穿越的要求，这已经成为风电研究的热点问题。
3.3风力发电功率的预测
风能的不稳定性和随机性，经常造成大容量电场并网严重影响电力系统的可靠性，制约着大容量风电场的并网运行。因此对风电能量进行科学准确的预测，有助于风电场的合理选址以及电网能量的合理调度。目前常用的风能预测方法有：基于数值天气预报的风能预测，即利用气象信息对中长期风能进行预测；时间序列预测法，即利用历史风能数据对短期风能分布进行预测、人工神经网络预测，该方法的自适应性比较强，适用于非线性的模型预测。为提高预测的准确性，将多种方法结合使用是风能预测的发展方向。
3.4风电场的无功补偿
电压稳定是风电并网中的重要问题，无功补偿是风电电压稳定的重要影响因素。尤其在异步风力发电机系统中，异步发电机和变压器设备产生大量的无功功率，一旦这些无功无法得到及时补偿则会对电网的可靠运行造成影响，系统无功过高会使系统电流增加，增大系统损耗的同时，也会影响设备的安全运行；电流和实在功率的增加造成电力设备容量的增加，电力设备的体积也相应增大，电网的经济运行性降低，另外电网的功率因数过低会造成电网电压的降低。风电场无功补偿的方式多种多样，目前最为常用且使用效果较好的方式是基于电力电子技术的动态无功补偿设备。
4风力发电的发展趋势
分离作为一种重要的清洁能源，已经成为全世界关注的重点，且产业发展的总体趋势为以下几点：
4.1变浆距将成为发展主流。风能的随机性和不稳定性，要求在风度发生变化时，发电设备可以通过改变风轮的浆距角使叶尖速比保持在最佳状态。在电网发生故障需要紧急停机时，可以通过调整叶轮浆距角降低风能的转化，从而优化停机策略并且配合低电压穿越控制。
4.2变速恒频直驱永磁同步发电机系统将成为发展的主流。双馈风机具有控制性能好，且成本较低的优势，已经占领了风电市场。直驱电机的使用，提高了系统的可靠性，全功率变流技术能够很好的满足低压穿越要求。
4.3海上风电将快速发展。随着风电机组和风电规模的日趋庞大，风电设备的运输和选址受到限制，加上海上风力资源极为丰富，使得海上风电场将成为风电发展的另一重要方向。
4.4单机容量呈大型化发展。为提高风能的利用率，降低风电场的面积，提高风电的经济效益，大容量风电机组成为未来风电发展的趋势。
5结束语
风力发电在近年来发展极为迅速，有效解决了国家能源紧缺和环境保护的问题，对我国环境、经济的可持续发展具有重要意义，是国家重点发展的能源产业。该文介绍了大规模风电场的投入对电网安全运行的影响，对风电运行中所面临的技术问题进行了阐述，并对风电未来的发展趋势进行了展望。随着技术的不断发展，风电将逐步走向常规化，成为电力供应的重要组成。
参考文献：
[1] 陈永祥，方征.中国风电发展现状、趋势及建议[J].科技综述，2010（4）：14-19.
[2] 张明锋，邓凯，陈波，等.中国风电产业现状与发展[J].机电工程，2010，1（27）：1-3.
[3] 姚兴佳，曾小明.基于神经网络的风力发电控制系统[J].控制与决策，1997（12）：1-2.
论文作者:周云龙,赵益益
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/31
标签：风力发电论文; 风能论文; 风电论文; 系统论文; 机组论文; 电网论文; 容量论文; 《电力设备》2017年第26期论文;