摘要：概述了并网型风力发电系统的基本工作原理、工作方式和风力发电机的空气动力学特性，在此基础上，阐述了并网型风力发电系统的典型电路拓扑结构，及其工作原理和控制方法，并比较了不同拓扑下风电系统的效率，最后指出了各种方法的优缺点以及今后的发展方向。

关键词：风力发电；发电机；电路拓扑结构；并网控制

中图分类号：tm351    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)02_0083_04

    风力发电技术的发展主要体现在并网型风力发电机组的大型化和其控制技术。大型化有利于提高风能利用效率，降低单位功率造价；控制技术的提高则主要由于电力电子技术的发展和现代控制技术的引入，人们对其变流电路和整机控制系统的研究。随着并网机组需求持续增长，生产量上升，机组更新换代，单机容量提高，机组性能优化，故障降低，生产成本将会越来越低，风电必将具备与常规能源竞争的能力。

  并网型风电系统的基本原理是：风轮机利用叶轮旋转，从风中吸收能量，将风能转化为机械能，叶轮通过一增速齿轮箱带动发电机旋转（直驱式风力发电系统无此环节），发电机再将机械能转化为电能，并入电网供用户使用。并网型风电系统的风机一般为水平轴式。水平轴式风机在其桨叶正对风向时才旋转，根据风向，由偏航系统控制风机迎风。对于变桨矩机组，还需要一套变桨矩系统，主要有液压型与电气传动型两类。前者适合在大中型机组中应用，后者具有可靠性高和桨叶独立可调的特点。

  风机输出的功率和机械转矩是随风速的变化而不断变化的，其关系式可表示为：

式中，p为风轮输出功率；cp=f(λ，α)为风轮的利用系数；a=πr2为风轮扫掠面积；ρ为空气密度；u为风速；r力风轮半径；λ=ωr/v为叶尖速比；ω为风轮机械角速度；α为风机桨矩角；t为机械转矩。

    由上式可知，假设空气密度p、风轮扫风面积a和风速v不变，则风机所获得的机械能只为风能利用系数cp的函数，且cp仅为风力机的叶尖速比a和风机桨矩角α的函数。不同的风机，其函数关系不同。-一种典型风机的cp与a和α的函数关系

如图1所示。

    由此可见，对于一台确定的风力机，桨叶不变时，风机桨矩角α不变，风速v与风机转速ωm相对应，才能保证叶尖速比λ总为****叶尖速比λopt并使得c为****cmaxp为****pmax而此时的机械转矩r为****转矩topt。

   

    并网型风力发电系统有恒速恒频( cscf)和变速恒频( vscf)两种工作方式l6i。cscf方式下，随着风速的变化，风机转速恒定，输出电能频率恒定，其发电效率较低，而且由于机械承受应力较大，相应的装置成本较高。vscf方式下，风机转速随风速的变化而变化，实现了不同风速下的高效发电，在低风速下，风机转速相应下降，从而使系统的机械应力和装置成本都大大降低。

    图2为桨矩角一定时，不同风速下的风力机功率与转速关系曲线。其中风速vl> v2 >v3。若风机工作在cscf方式下，风机转速为002恒定，风速变化时，系统运行在图中的c、d、e点，显然只有：风速下，系统获取的风能****；当风机工作在vscf方式下，即风机转速随风速而变化时，系统可以运行在b、d、f焦，即不同风速下系统都可以获取****风能。因此，vscf方式下风电系统运行效率远高于cscf方式。

    双速异步发电机并网时多采用晶闻管软并网方法来限制并网瞬间的冲击电流，同时也在低速（低功率