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摘要：科技在进步，经济在快速发展，国家对风力发电也提出一种对小型风场具有高度适应性的小型并网风力发电系统。在拓扑结构上，该系统采用一种基于开关电容的三相反激式倍压整流电路并引入储能回路，有效地改善了系统在低风速工况下的发电效果。在控制策略上，根据不同的风速大小以及电池组荷电状态选择相应的控制方法以实现多个控制目标，包括收集微弱风能、提高系统风能利用率、拓宽可利用风速范围以及延长电池寿命等。同时，阐述了系统在不同工况下对直流母线电压的控制方法，并基于双向DC-DC变换器采用了一种简单可靠的死区控制方法。最后，为验证系统控制方法的可靠性和实用性，分别在实验室环境和真实小型风场中对样机进行了测试。
关键词：风力发电；存在的问题；健康发展；策略分析
引言：
随着世界的发展，经济的进步，企业也在快速发展，与此同时，环境污染问题也随之而来。因此，全球各国开始了一场关于如何实现经济的可持续发展，合理使用能源并开发更加清洁可靠的新能源的大讨论。就目前的形式来看，由于风力资源具有无污染、效率高、成本低、可再生且可持续发展的特点，因此将成为各国新能源开发的重点。由此，提高风力发电的技术水平，克服和解决在技术发展中所产生的一系列问题，从而使风力发电技术更好的应用于我们的生活中，将是我国能源开发技术人员今后的工作重点和奋斗目标。
1风力发电系统概述
对于风力发电来说，主要就是依靠风力装置进行发电。该装置包括机舱罩、整流罩、轮毂、底盘、定子、监测装置、发电机转子、叶片等。通常如果外界风力的达到一定程度，风轮叶片会在气流冲击扇叶的推动作用下进行转动，这时风能可以转化为机械动能;然后利用轮毂状态变化来输送转矩，通过动力推动底盘内的磁场，进而切割磁场内部的磁感线，以主控系统调节为依据来产生稳定的电流。一般情况下，风力发电机受外界因素和不同地势环境的影响，具有不同的种类，如从发电规模大小出发可分为三种，分别是大型发电机组(发电功率超过100kW)、中型发电机组(最大发电功率低于100kW)、小型发电机组(发电量低于10kW);从不同地势对发电装置的影响层面出发，风能发电机可以分为垂直轴和水平轴。永磁发电作为一种全新的电机技术，主要是以直驱电机发电技术为基础而发展形成。
2我国风力发电的现状
2.1风能资源的评估不缜密
在一般情况下，风力发电需要进行集中管理的基础是评估并且制定风力发电的规划，国家电力网络建设规划以及风能资源集中管理。当前我国有关机构所开展的风力能源评估已经落后于现在大部分风力发电场项目，开展新一阶段现有的与风力发电有关的相关资料的整理与新的调查与评估，对陆地与近海风力进行检测，在笔者看来是非常有必要的，还可以同时开展对现有风力发电场的产能检测与长期规划。
2.2政策因素
由于光伏发电成本较高，因此，政策对于光伏市场的发展至关重要，西班牙、意大利等国际市场的发展案例充分证实了这一点。如，西班牙2006年修改出台了上网电价补贴政策，2007年，符合补贴政策的安装量从100kW上升到10MW；2008年，考虑到市场进度和经济状况，西班牙大幅调低上网电价补贴，导致其光伏市场陷入了停滞状态，使西班牙2009年一年内安装量下降了约97%。再看国内市场，我国光伏发电补贴政策正在摸索中不断完善，从“金太阳”示范工程到“光伏电站特许权招标工程”，再到光伏发电上网电价、分布式光伏发电示范项目、光伏并网意见等一系列政策及相关配套措施出台，我国的分布式光伏发电政策必然会更具操作性和系统性，并将直接带动国内分布式光伏发电市场大规模发展。
2.3风力资源北多南少，分布不均
我国风力发电一般在北方试点比较多。以新疆省举例来说，这里的达坂城风力发电厂是我国目前来说最大的一个风能基地。新疆所处的地理位置在内陆虽看起来并无优势，但是我们却忽略了新疆的地貌地形。新疆地处我国的西北内陆，属沙漠地带，拥有广阔的戈壁滩，地势平坦无阻挡，尤其在冬季风的巨大影响下，一点点的风，都能带动风车的旋转，因此风力资源十分丰富。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而我国的南方多以丘陵山川地形为主，除东南沿海地区和部分岛屿的风力资源较为丰富之外，其他南方内陆地区只能在风力资源地区分级时排在最后。
3我国风力发电健康发展策略和应用趋向
3.1明确我国风力发电的发展目标
改变视角，转换到战略层面，未来我国风力发电的重要目标是促进风力发电设备制造企业的自主创新，促进产业的转型升级，全力降低本国的风力发电设备制造的成本，加快贫困地区的发展。
3.2进行规模发展与分散开发的融合
在通常情况下，风力发电在很大程度上都会带动一个地方的发展，假设建成了多个100万kW的超大型风力发电场。而另外的一个发展潮流就是进行分布式开发风电项目，就好像德国并不存在10万kW级别的风力发电场，然而这个国家的风力发电总的产能已经达到了惊人的1800多万KW。所以，结合地区实际情况，充分利用中小型的风力发电场，完全可以考虑进行农村分散式布网。3.3因地制宜，对风电设备系统管理针对我国风力资源分布不均的特点，我们可以从技术上对风电技术的应用进行革新，从而起到提高发电效率，延长风电设备使用寿命的效果。例如，在内蒙、新疆等强风地带，通过调节风电机组功率的方式进行发电。这样既可以保证该地区的发电效率，同时也恩能够够对风电设备进行系统的管理，保护其不受损。对于不太适合风力发电的部分地区，可以使用单机发电，经过高效率的储能，将电力储备起来留到需要时再利用。这种方法操作简便且易行，且能够有效的提高风电机组的运行效率。
3.3应用趋向
永磁电机在风力发电系统中的应用趋向可从以下几点进行分析:一是电机结构型式。电机结构型式在未来的发展方向为:(1)无铁芯定子永磁电机:能够减轻电机的重量，消除齿槽转矩脉动，降低电机的振动与噪声;(2)组合式永磁电机:提出多定子、多转子的轴向与横向磁通永磁风力发电机，有效减小电机的体积，促进电机功率密度的提升。二是电机制造工艺。在电机制造过程中，选用模块化的发展形式，以便于现场检修与安装、运输和制造等。三是电机冷却技术。目前随着科学技术的快速发展，电机冷却技术的研发速度也越来越快，如蒸发冷技术和高温超导技术，其中蒸发冷技术具有较小的铜耗和电机效率影响，可以增加电流密度;而高温超导技术是在低成本高温超导线材的基础上加以发展，尚处于实验阶段。四是电机控制技术。永磁电力风机发电系统在今后的发展过程中，主要会集中于运行可靠、电能质量和机组效率等方面的提升;同时从功率变换控制和发电机控制等层面而言，选用多相和多绕组结构，这样不仅可以保证电机的出力，还能提高系统的可靠稳定运行。
4 结语
本文提出了一种小型并网风力发电系统，并简述了该系统在拓扑结构上的特点，包括在真实风力发电系统中采用单级三相反激式高增益整流变换器以及引入额外的储能回路。基于此结构，本文详细分析了系统的控制策略，该策略可以根据不同的电池荷电状态和不同风速调用不同的控制方法，灵活应对小型风场中可能出现的各种工况。同时，本文对系统直流母线控制方法进行了讨论，双向DC-DC变换器所采用的死区控制器和逆变器控制器均可以在不同工况下实现对母线电压的良好控制。最后，本文给出系统的主模态控制、直流母线控制的实验波形以及系统在真实小型风场的运行情况，结果表明该系统具有对小型风场的高度适应性。
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论文作者:陈帅东,狄昕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/12
标签：风力发电论文; 电机论文; 系统论文; 永磁论文; 风力论文; 风能论文; 我国论文; 《电力设备》2017年第24期论文;