风力发电系统的运行方式有三种:独立型、并网型和联合型。并网型风力发电系统由风力机控制器、风力机、传动装置、励磁调节器、发动机、变频器和变压器等组成。
风力发电机组包括风力机、 发电机、变速传动装置及相应的控制器等,用来实现风能与电能的能量转换。风力发电的关键问题是风力机和发电机的功率和速度控制。
风电机组中将风能转换成机械能的能量转换装置是风力机,它由风轮、迎风装置和塔架等组成。按结构不同,风力机可分为水平轴式和立轴式两种;按功率调节方式不同,风力机可分为定桨距失速、变桨距和主动失速 3 种。
风电机组中的发电机将机械能转化为电能,发电机在并入电网时必须输出恒定频率(一般为50Hz)的电能。按照发电机转速的不同,发电机可分为恒速和变速两类,其中变速需要通过变频器来实现。变频器采用电力电子变流技术和控制技术,将发电机发出的频率变化交流电转换为与电网频率相同、能与电网柔性连接的交流电,并且能实现最大风能跟踪控制。按照拓扑结构的不同,变频器可分为交-交型、交-直-交型和矩阵型三种;按照变频器容量的不同可将变频器分为部分容量和全部容量(全额)两种。变速传动装置可将风轮的低转速转换为发电机的较高转速,按传动链类型将其分为齿轮箱驱动和直接驱动两种,其中前者包括单级和多级两种齿轮箱驱动。
风力发电机及其风电系统
实现恒速或变速风力发电系统有许多种方案,所选发电机的类型主要取决于风电系统的形式。传统的恒速/变速风电系统共有四种:基于SCIG 的恒速风电系统、基于WRIG 的受限变速风电系统、基于ESC-SCIG 的变速风电系统和基于MMG的变速风电系统。
现代风电系统一般采用变速恒频技术,这种技术通过变流装置或改造发电机结构来实现。