变频技术在异步风力发电系统中的应用

一、引言

　　中国的风能资源十分丰富，目前已经探明的风能储量约为

3226GW，其中可利用风能

约为

253GW，主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁以及东部和东南沿海及岛屿上。根

据统计，截至到

2006 年底，中国大陆地区已建成并网型风电场 91 座，累计运行风力发电

机组

3311 台，总容量达 259.9 万 kW（以完成整机吊装作为统计依据）。已经建成并网发电

的风场主要分布在新疆、内蒙、广东、浙江、辽宁等

16 个省区。根据电监会公布的数据，截至

2006 年底，中国发电装机容量达到 62200 万 kW，风力发电占全国总装机容量的 0.42%。截
至到

2006 年底，全世界总风电装机容量已经达到 7390.4 万 kW，其中德国总装机容量

2062.2 万 kW，位居世界第一，中国 2006 年风电新增装机容量仅次于美国、德国、印度和西
班牙，列第五位；总装机容量列世界第六位。因此，风力发电将成为我国最具大规模开发前
景的新能源之一。

　　风力发电系统主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。恒速
恒频风力发电系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控
制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的
恒定，其运行范围比较窄，只能在一定风速下捕获风能，发电效率较低。变速恒频风力发电
系统一般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电机，通过变桨距控制风轮使整个系统在
很大的速度范围内按照最佳的效率运行，是目前风力发电技术的发展方向。对于风机来说，
其调速范围一般在同步速的

50%～150％之间，如果采用普通鼠笼异步电机系统或者永磁同

步电机系统，变频器的容量要求与所拖动的发电机容量相当，这是非常不经济的。双馈异步
风力发电系统定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仅仅
是转差功率，这是各种传动系统中效率比较高的，该结构适合于调速范围不宽的风力发电
系统，尤其是大、中容量的风力发电系统。

　　本文将从变速恒频异步风力系统的拓扑结构及其控制技术两个方面对变频技术在风力
发电中的应用进行综述，以反映变频技术在风力发电中的发展情况。

　　二、变速恒频异步风力发电系统拓扑

　　采用绕线异步电机作为发电机并对其转子电流进行控制，是变速恒频异步风力发电系
统的主要实现形式之一。主要的拓扑结构包括交流励磁控制，转子斩波调阻以及由上述两种
拓扑结构结合发展而来的混合结构。

　　

1.交流励磁结构