风电场及风电机组的控制系统方案

1 前言

　　随着煤碳、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。而风力发电是
可再生能源中最廉价、最有希望的能源，并且是一种不污染环境的

“绿色能源”。目前国外数

百千瓦级的大型风电机组已经商品化，兆瓦级的风力发电机组也即将商品化。全世界风电装
机总容量已超过

1000 万千瓦，单位千瓦造价为 1000 美元，发电成本为 5 美分/千瓦时，已

经具有与火力发电相竞争的能力。

　　我国的风能资源丰富，理论储量为

16 亿 kW，实际可利用 2.5 亿 kW，有巨大的发展潜

力。

1995 年初，国家计委、科委、经贸委联合发表了《中国新能源和可再生能源发展纲要

（

1996～2010）》。1996 年 3 月，国家计委又制定了以国产化带动产业化的风电发展计划，

即有名的

“乘风计划”，为我国风力发电技术国产化指明了方向，创造了条件。同时，我国也

是利用风能资源进行风力发电、风力提水较早的国家，到

1996 年底，我国小型风力发电机

组保有量达

15 万台，年生产能力为 3 万台，均居世界首位。

　　

2 风力发电机组的类型

　　

2.1 恒速恒频与变速恒频

　　在风力发电中，当风力发电机组与电并时，要求风电的频率与电的频率保持一致，即
保持频率恒定。恒速恒频即在风力发电过程中，保持风车的转速（也即发电机的转速）不变，
从而得到恒频的电能。在风力发电过程中让风车的转速随风速而变化，而通过其它控制方式
来得到恒频电能的方法称为变速恒频。

　　

2.2 两种类型机组的性能比较

　　由于风能与风速的三次方成正比，当风速在一定范围变化时，如果允许风车做变速运
动，则能达到更好利用风能的目的。风车将风能转换成机械能的效率可用输出功率系数

CP

来表示，

CP 在某一确定的风轮周速比 λ（桨叶尖速度与风速之比）下达到最大值。恒速恒

频机组的风车转速保持不变，而风速又经常在变化，显然

CP 不可能保持在最佳值。变速恒

频机组的特点是风车和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率。由于风
车的转速可变，可以通过适当的控制，使风车的周速比处于或接近最佳值，从而最大限度
地利用风能发电。

　　

2.3 恒速恒频机组的特点