风力发电机组总体结构概述

并网型风力发电机组形式有采用笼型异步发电机的定桨恒速风力发电机组（见图1-1）和全桨变距的变速恒频风力发电机组。后者主要有采用双馈式异步发电机的变速恒频风力发电机组（见图1-2）和采用永磁式同步发电机的变速恒频风力发电机组（见图1-3）。

图1-1 定桨恒速风力发电机组总体结构

图1-2 双馈异步式变速恒频风力发电机组总体结构

图1-3 永磁同步式变速恒频风力发电机组总体结构

风轮是吸收风能并将其转换成机械能的部件，风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而推动风轮，将风能转换成机械能，各种机型的风轮一般均采用水平轴、三叶片、上风向布置。风轮通过增速齿轮箱带动发电机，或者也可直接带动低速发电机。

早期定桨距恒速风力发电机组的风轮大都采用桨叶与轮毂刚性连接的结构，即所谓定桨距风轮。桨叶尖部1.5～2.5m部分，一般设计成可控制的叶尖扰流器。当风力发电机组需要脱网停机时，叶尖扰流器可按控制指令释放并旋转大角度形成气动阻力，使风轮转速迅速下降，这一功能通常称为空气动力制动。(www.xing528.com)

在大型风力发电机组，特别是兆瓦级机组的设计中，已采用变桨距风轮，桨叶与轮毂不再采用刚性连接，而通过专门为变距机构设计的变距轴承连接。这种风轮可根据风速的变化调整气流对叶片的攻角，当风速超过额定风速后，输出功率可基本稳定地保持在额定功率上；特别是在大风停机情况下，风力发电机组处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善。

由于风力发电机组起动/停车频繁，风轮又具有很大的转动惯量，通常风轮的转速都设计在10～20r/min左右，机组容量越大，转速越低，因此在风轮与高速的发电机之间需要设置增速器。大型风力发电机组的机械传动系统都沿中心线布置，因此增速器大多采用结构紧凑的行星齿轮箱。

风力发电机组中的发电机一般采用异步发电机，对于定桨恒速风力发电机组，一般还采用双绕组双速笼型异步发电机，这一方案不仅解决了低功率时发电机的效率问题，而且改善了低风速时的叶尖速比，提高了风能利用系数并降低了运行时的噪声。

对于定桨恒速风力发电机组和全桨变距有限变速风力发电机组，发电机并网过程采用晶闸管限流软切入，过渡过程结束时，旁路接触器合上，晶闸管被切除，风力发电机组进入发电运行状态，如图1-1所示。

变速恒频风电力发机组主要有双馈异步式和永磁同步式两种。双馈异步式变速恒频风力发电机组的发电机定子直接与电网相连，转子通过变流器与电网相连，从定子和转子两侧向电网输出电流，如图1-2所示。低速永磁同步式变速恒频风力发电机组不带增速齿轮箱，发电机转子为永磁体，由定子通过全功率变流器向电网输电，如图1-3所示。这两种机组都可以由变流器实现无冲击并网和脱网。

目前变速恒频风力发电机组是风力发电的主流机型，其主要特点是在变桨距风力发电机组的基础上采用了转速可以在大范围变化的双馈式异步发电机或永磁式同步发电机及相应的电力电子技术，通过对最佳叶尖速比的跟踪，使得风力发电机组在所有的风速下均可获得最佳的功率输出。

风力发电机组控制系统通过采集风力发电机组及其工作环境信息，调节机组使其按照预先设定的要求运行；控制系统通过对执行机构的控制，提高风力发电机组运行效率，确保风力发电机组及电网安全运行；控制系统对风力发电机组出现的故障予以检测并采取完善的保护措施；控制系统还通过与风电场和电网的联系，接受各种控制和调度指令。

在风力发电机组的控制中，变桨控制和变速控制一般不可以独立地用作风力发电机组控制的两种控制方案，而是互相支持、互相依存的两种技术。没有变速控制的变桨距风力发电机组或没有变桨控制的变速风力发电机组都是难以稳定运行的。