文档介绍：风力发电技术1
风力发电系统的分类与拓扑结构
风力发电系统首先可以分为两类：独立型风力发电系统和并网型风力发电系
统。
1. 独立型风力发电系统
通常独立型风力发电规模较小，单机容量一般为 10kW 及以下，通过蓄电池
等储能装置或与其它能源发电技术相结合，用以解决偏远地区的供电问题。并网
型风力发电：指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。单机容量一般在数
百kW 及 MW。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，大功率风
电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式，是当今世界利用风能的主
要方式。
小型风力发电系统经常与其他能源混合发电，又可称之为“混合电力系统”。
1) 一种是传统的直流混合系统，如图 6 所示。小型风力机输出的交流频率
和电压可变的交流电，经过整流后输送到电池组电压等级的直流母线。能量存储
在电池中或通过逆变器转换成交流提供给负荷。电池组被用来平滑风力机的功率
波动，存储有风时产生的能量以备不时之需。
另一种是交流母线为主体的小发电系统。光伏和风力发电系统通过专用
快速逆变器接入交流电网。
独立运行的风力发电系统特点：结构简单，规模小，但只能向独立的小用
压器直接连接电网的恒速风
机，如图 8 所示，双绕组风机也可归于此类。因为鼠笼式感应电机需要从电网吸
收无功功率，所以此类型风力机使用电容器组进行无功功率补偿，使用软启动器
可以获得平稳的电网电压。此类型的缺点是不支持速度控制，需要刚性电网支持，
机械承受应力大。
该类型还具体包括三种类型：
（1） 失速控制型。该机型在上世纪 80~90 年代被许多丹麦风力机制造商采用。
特点：简单、坚固、耐用。不能实现辅助启动，无法控制风力机的功率。
（2） 桨距控制型。优点是可控功率，可控启动和紧急停车。缺点：高风速时很
小的风俗变化也会导致很大的输出功率波动。桨叶调节能补偿份额的缓慢
变化，但阵风情况不能补偿。
（3） 主动失速控制型。低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风力机，高风速时、
使桨叶进入深度失速状态。优点：能够获得更平稳的有限功率，不会出现
桨距控制型风力机的高功率波动。 2) B型：有限变速
指可变转子电阻的有限变速风力机，如图 9 所示。 OptiSlipTM， 该技术是 Vestas
公司在20 世纪90 年代中期开始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；
同样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。由于转子电阻可变使
得转差率可变，因此系统的功率输出史克栋，可变转子电阻的大小决定动态速度
控制的范围。
3) C型：变速含部分功率变频器
此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG） ，如图10 所示。是含绕线转子感应
发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定值约为标称发电机功率的
30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式异步感应电机，具有定、转子两套绕
组，定子绕组并网，转子绕组外接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率
变频器用来进行无功功率补偿。双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都
参与了励磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。
优点：1 允许发电机在同步速上下30%范围内运行，转子励磁调频。
2 简化调整转置，提高运行效率。变频器仅需对转子功率进行变频控制，而转子功率约为总功率的20 %~30 %，故变频器功率小，变频损耗小，变频器成本低，控制系统体积小
3良好的稳定性及转速适应能力：在定子电源频率一定时，通过改变转子励磁频率就可以实现对转速的调节，发电机的运行转速既可高于同步转速，也可低于同步转速，有利于系统最大限度捕获风能。
4变频控制灵活，具有良好的调节特性：通过调节转子绕组的频率、相位、幅值和相序，可以较为方便、平滑地控制发电机有功、无功、功率因数等，使其具有良好的动态和暂态特性，实现有功和无功的解耦控制
缺点：1 必须用齿轮箱，维护不方便，噪声污染
2需要采用双向变频器，变速恒频控制回路多，控制技术复杂，维护成本高；
3 电机转子有集电环、电刷、且须定期维护、检修或更换。
4) D 型：变速全功率变频器型
此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风力机。发电机主要有绕线
转子同步风力发电机（WRSG）或永磁同步发电机（PMSG） ，结构图如图 11 所示。
其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，