摘要：随着我国科学技术不断发展，当今清洁能源开发已经成为了社会各个阶层重点关注的问题。风力发电作为一种取之不尽用之不竭的能源，是新能源研发的主流方向。基于此，本文重点对风力发电设备技术特点进行分析，并阐述风力发电的发展。
关键词：风力发电设备；技术特点；发展研究；新能源
引言
随着国际上化石能源不断减少、全球环境恶化，开发可再生能源已经成为了各国能源产业发展的目标，其中风力发电是主流的研发方向之一。风力发电的“燃料”是风，在实际应用中无需开采、无需运输、清洁环保、可噪声，在环保层面上有着极大的优势。并且风机占地面积较小、建设周期短、运行简单、维护成本低，可以和水利发电实现互补。风力发电设备发展历史并不长，但也有20多年的时间，设备技术也有了长足的进步。当今风力发电技术日益成熟，可靠性与火力发电相近。风机技术在最初只有55kW已经增长到了2500kW，可以说发展速度非常孙素。近些年，全球风机装机容量每年以30%的速度增长，市场情景非常广阔。
1、风力发电设备技术特点分析
1.1恒定定桨距失速调节型风力发电风机
定桨距是指叶片被固定在风机主体当中，并保证浆距保持不断，失速型是指桨叶翼型自身所具备的失速特性。该项技术是丹麦风机制造的核心技术。当今我国国内新疆风能公司和西安维德风力发电公司可以生产出600kW以上的风机，都是采用了这项技术。该种风机的主要优势是调节简单、控制系统非常简单；缺点是叶片重量过大、风机主体会受到过多的荷载力。风机基本上都是采用了鼠笼型转子，其中一部分机组为了能够提高低风速的发电效率，通常采用了变极技术。通过改变鼠笼型异步发电机定子绕组接法，即可调整定子绕组的极对数，这样不断可以提高风机效率，同时也能过有效利用低风速时段的风能。
1.2恒定变桨距调节型风力发电机
变桨距是指安装在风机主体上的叶片，通过控制技术可以改变桨距角大小，在调节过程中可以分为三个阶段。
第一阶段是开机阶段。在风机达到了运行条件后，计算机会自动调节桨距角。通常是稳定在45°，待到转速到达一定程度时，在将角度降到0°，直到风机达到额定转速并发电；
第二阶段是输出功率效率额定功率调节阶段，并保持桨距角保持在0°位置不变；
第三阶段是在风机输出功率达到了额定功率后，调节系统会自动启动并运行，如果输出功率产生变化，可以第一时间对桨距角进行调节，在风速高于额定风速时，会保持发电机输出功率不变。
此类发电机的主要优点是：桨叶受力小、质量轻。由于桨距角可以结合实际风力情况自动调节，所以在捕获风能时效率更高，且可以在高风速阶段保证输出功率稳定，并不会导致异步发电机过载，在风速超过切出风速时通过顺桨避免对风力机造成损坏。但是缺点是结构较为复杂，故障率相对较高。由于风存在着一定的随机性和间歇性特点，会导致风机出力变化加大，这样会增加机组的负荷，对电网冲击力较大。所以，可以增加异步发电机允许滑差率的方法解决。
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1.3变速恒频风力发电机
变速恒频是指在风力发电当中，发电机转速能够随着风力变化而变化，通过采用适当的控制措施可以让发出的电能变为和电网同频率的电能传输到电力系统当中。其中，风力发电机可以将风能通过旋转叶片和发电机变成交流电能，并通过整流装置将交流电变成直流电，再采用逆变装置将直流电变成恒频交流电，最终采用升压变压器传输到电力系统当中。
变速恒频风力发电的优势极为突出，风力机在投入使用中可以最大限度上获取风能，发电量较恒速恒频风力发电机更大一些；具有较宽的转速运行范围，从而适应风速变化引起的风力机转速变化；采用相关的控制策略可以灵活调节系统的有功、无功功率；可以抑制谐波、降低损耗、提高效率。缺点也是由于增加了交流——直流——交流变化装置，所以前期投资成本较大。
1.4交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电
该风力发电系统与异步电机类似。这种变速恒频控制方案可以在转子电路中实现，通过转子电路功率是由交流励磁发电机转子运行范围所决定的转差功率，转差功率仅仅是定子额定功率的一部分，双向变频器容量只是发电机容量中的一小部分，所以该变频器成本和控制难度也会大大降低。
该种交流励磁双馈发电机控制方法可以实现变速恒频控制，不仅可以降低变频器容量，也能够实现有功、无功功率灵活切换，这对整个电网来说可以起到无功补偿作用。但缺点是交流励磁发电机依然存在着滑环和电刷。
2、风机技术发展趋势
当今世界上的风机技术发展主要趋势是大容量和近海性。这是由于在陆地上风机会受到运输、安装等各项条件限制，2MW是风机容量发展的理论极限值，这是因为容量到达2MW时，桨叶长度需要长达70m，这在陆地上运输非常困难，安装重量在千吨以上。这种吊车（起吊桨叶）除了一些发达国家地区，其余地区几乎没有，就无法施工。欧洲地区大学和企业纷纷推出了海上风机概念，主要包括3桨叶、下风向、无变速箱、多级发电机、翼型塔架、变速恒频等。海上风机容量可以达到3-5MW，运输问题可以直接通过海运解决，安装时也可以大容量海上浮吊解决，大于1500吨的浮吊非常普遍。
通常陆地上风电机场成本构成为风机75%，其余基础设施占据25%左右，而海上风电场成本构成为风机25%，其余基础设施，如海底电缆等占据75%。但是海上风电场由于风力不会受阻，风力资源优良，理论上每年发电量要比陆地发电量高出50%。并且大容量海上风机由于采用浮吊方法，可以大大降低运行成本，可以风机运行可靠性，这样即可进一步推动风力发电行业的发展。
结束语
综上所述，风力发电设备在当今能源领域中已经非常成熟，其安全性和可操作性仅次于火力发电。这就需要不断加强风力发电设备的研究工作，实现风机创新发展，结合风机发展趋势（陆地向海上发展），实现能源领域中的另一次变革。
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论文作者:戴国华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/1
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