王波
华电内蒙古能源有限公司 010020
摘要：风力发电是现代发电的一种形式，借助风力带动风车转动，将动能转化为电能，属于新能源开发技术，如今已经形成了完整的技术体系，从并网型风电机组逐渐向大型化的方向发展。本文从大型风力发电机组的基本原理进行分析，研究了大型风力发电机组的技术内容与发展趋势，以供参考。
关键词：大型风力发电机组；技术应用；发展趋势
引言：自上世纪70年代以后，人们认识到新能源发电对于社会经济发展的重要性，依赖传统的火力发电形式会带来环境污染的问题，而且石油危机的爆发导致人们对不可再生能源的保护性使用越来越重视，应用可再生资源进行发电，能够有效的节约不可再生能源，并维护生态环境的良好发展。于是人们对风力发电的形式加以深入的研究，并将其作为一项核心的发电技术，在几十年的研究中逐渐落实于实际的发电工作，成为许多国家的主流发电形式。
一、大型风力发电机组的基础理论
在贝兹理论中，风轮的最大能量公式为，其中的表示空气密度，单位是kg/m3；V表示风速，单位是m/s；A表示风轮的横截面积。Cp表示风能的利用系数，在一定的单位时间之内，风轮所吸收的风能与所转化的动能之间的比例即为利用系数。在贝兹理论中存在一个极限值，即Cp的最大值为0.593，这代表着风轮对风力转化的最大动能为59%，并不是100%可以转化为动能。贝兹理论中没有考虑到涡流的动能损失，而是将高的叶尖速比＞3时看做涡流损失最小的时候。是风轮叶片叶尖速度与风速之间的比例，也是风力机的一个重要的参数，影响着叶片对能量的捕获情况，在系数最大时，的值也最大。由于自然界中的风速也在不断变化，所以的值也在不断变化，而且Cp的数值往往会相差许多，许多风力机会处于低效的运转状态之下，只有使用变速运行的风力机，才能够是Cp的数值最大，那么大型风力发电机组的发电效率也是最高的[1]。
二、大型风力发电机组技术的内容
（一）限制功率输出方式
在12-16m/s的风俗去，大型风力发电机组的功率可以达到额定的标准值，如果实际的风速超出这一数值，那么可以通过降低叶轮能量捕获来维持其输出的功率处于额定值状态，从而减少叶片所承受的负荷量，以免风机受到损害。所以技术人员一般会采用一些方法用于限制功率输出，如失速调节的方式，依赖于叶片独特的翼型结构，处于恒速运行状态下的风力发电机，在大风的状态时，流过叶片背面所产生的气流可能会存在紊流，那么叶片的气动效率也会降低，对能量捕获就会形成影响。
失速是一个非常复杂的启动过程，由于风况并不稳定，所以人力极难计算出准确的时速效果，在大型风力发电机组上很少应用这一防范，在中小型的机组中可以应用。忽视采用变距调节的方式，通过改变叶片的迎风面与纵向旋转轴的夹角来调整叶片的阻力，即可限制大风状态下的发电机组的功率，以保证其稳定的功率横出。变距调节的优点在于当风速达到一定的标准时，变距型风机可以逐步变化为全翼展的位置，避免出现失速停机，但这种形式需要风机对阵风保持灵敏的反应，如果采用恒速风力发电机，则对阵风的响应速度较快。另外，还可以采用失速或混合失速的调节方式，如将前两种功率的调节方式组合起来以后，在低风速时可以采用变距调节的模式，在高风速时，可以采用失速调节的方式，两种调节方式综合运用，根据实际的情况能够自动调节，则大型风力发电机组的系统性更强[2]。
（二）变速运行
变速运行的形式与风速的变化、旋转速度的变化具有明确的联系，与最佳叶尖速相比，风能的利用系数Cp更大，而且变速相较于恒速具有以下明确的优点。第一，变速的系统运行效率更高，与恒速恒频的风电系统相比，变速的系统年发电量可以提升20%。第二，能吸收阵风的能量，可以将能量存储于惯性的机械运动之中，减少阵风对风机带来的冲击作用，延长风机的使用寿命。第三，可以根据变桨距调节距离，应用变速运行来放宽对桨距的控制。低风速的运行状态下，桨距角处于固定状态中，高风速时则可以通过调整桨距角来限制功率。
三、大型风力发电机组的技术发展趋势
目前，关于大型风力发电机组的技术研究主要包括变速运行、变距调节的直驱同步发电机或双馈异步发电机，采用风力机直接驱动发电机和无刷化的发电机是两个新的发展趋势。直驱式发电机可以增强系统的运行效率与可靠性，从风力系统的总体效益上会获得显著的提升。齿轮转动的形式降低了风力机发电过程中产生的噪音，可以有效的减少机械故障的几率。无刷化发动机则能够实现免维护，是大型风力发电机组的主要发展趋势，能够基于电励磁的同步电机和绕线电子的感应之下，通过滑环和电刷对电流进行控制，除机械磨损以外，无刷化发动机不需要进行人工维护。目前国际上的一些发电机组研发工作正在研制中间产品，即采用变速变距、单级齿轮箱运作的电机，可以使单级齿轮箱永磁同步电机处于低速运转的过程，电机的设计可以越来越小。风力发电机的设计更加注重其能量转换效率的提升，永磁发电机能够提升输出电压，可有效的减少传输线受损[3]。
结束语：大型风力发电机组在现代科学技术的推动下，逐渐向损耗较小、效率较高的方向研究，人们对于风力发电的技术研究从未停止，更随着科学技术的提升而逐渐加深研究。在大型的风力发电机组应用中，由于自然界风力属于不可控制的因素，所以特殊情况较多，人们常常需要在发生问题以后才能想到解决的思路，在未来的发展中，各国的研究者会以实际的发电需求为导向，从风力发电机组的技术研究中凸显出更多的经济效益与价值。
参考文献：
[1]王效宇.浅谈风力发电机组技术发展趋势[J].技术与市场,2019,26(08):161.
[2].中国风力发电产业发展趋势[J].青海科技,2015(04):20-21.
[3]赵坤,柏厚义,赵波. 浅析水平轴风力发电机组的技术发展趋势[A]. 《风能产业》编辑部.中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》（2014年第6期)[C].:中国农业机械工业协会风力机械分会,2014:5.