2008级电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计论文
到越来越多的关注。永磁材料在性能改善的同时，价格也在不断降低，另外永磁电机不需要电励磁，控制更加简单，用在直驱式风力发电领域具有优势[26]。电力电子技术近年来的不断发展，原来限制直驱式风力发电系统大力发展的电力电子变换装置已经不再成为难以克服的问题。
图3-12 直驱式风力发电系统
这种机组中变转速风力发电机通过全额变频器接入电网。由于发电机转子直接与风力机的轮毂相连接,因此直驱型风力发电机转速较低。当传递能量一定时,必然要求其具有较高的转矩,从而导致发电机体积较大[27]。低转速还导致发电机极数较多,为了获得合理的极距,必然要求发电机有较大的外部尺寸来放置磁极。同时,考虑到负载电流和气隙磁密的约束,随着直驱式风力发电机容量的增加,为保证转矩密度不会进一步显著的增加,转矩越高导致发电机体积越大。为了提高发电机的效率、减小发电机的重量,直驱式风力发电机通常被设计成外径较大、极距较小的结构[28~29]。此外,由于取消了齿轮箱,直驱式风力发电机组具有传动链简单、整体效率高、可靠性和可用性高等优点。
目前,市场上直驱式风力发电机主要分为电激磁同步发电机 (EESG, Electrically Excited Synchronous Generator)和永磁同步发电机(PMSG, Permenant Magnet Synchronous Generator)两大类。
3.3.3半直驱式风力发电机组
半直驱型风力发电机组又称混合型风力发电机组。一般采用单级齿轮箱
升速，这种结构可以分别应用在双馈型与直驱型中。与直驱型风力发电机组相比，单级齿轮箱半直驱型风力发电机组具有较佳的能量成本比，同时由于发电机的特殊设计，大大减轻了发电机的体积和重量，方便安装和运
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输，具有较好的应用前景。
目前，失速型风力发电机组已逐步被变桨变速型风力发电机组替代。在变桨变速型风力发电机组中，主流机型是双馈型风力发电机组，其次是直驱型风力发电机组，半直驱型风力发电机组正在研制阶段。并且风电机组的主要发展方向是重量更轻，结构更具有柔性,直接驱动和变速恒频等。从目前的发展趋势来看，以水平轴、上风向、三叶片的升力型机组为主流的风电机组[30]。
(1)变桨距调节方式将会取代定桨距失速调节方式。变桨距调节能够按最佳参数运行，额定风速以下具有较高的风能利用系数，功率曲线饱满；额定风速以上功率输出稳定，不会造成发电机超负荷；较定距失速式整机受力状况得到改善,而且年发电量大。
(2)变速运行方式将会取代恒速运行方式变速运行。在低风速时能够调节发电机反转矩以使转速跟随风速变化，从而保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时能够利用风轮转速的变化存储或释放部分能量，从而提高传动系统的柔性，使得功率输出更加平稳，以获得最大功率。 (3)直驱式的市场份额会越来越大。直接驱动可省去齿轮箱，减少传动链能量损失、减少停机时间、发电成本和噪声，降低了维护费用，提高风电转换效率和可靠性。
(4)风力发电机无刷化可提高系统运行的可靠性，实现免维护，提高发电效率。
(5)大型风机系统和小型风机系统并列发展。在开发大型机的同时还应重视小型机。用于海洋作业时，景观、噪声等方面的问题不突出，适于采用数MW的大型机组；当受地形、系统等外部条件限制时，应用小型机较有利。
(6)并网大型化与离网分散化互补运行。偏僻地区等电网较小，适用于离网分散型电力系统。
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表3-2 风力发电中常见发电机结构和性能比较
第四章 风力发电并网
作为对新型清洁能源的开发和利用，风力发电近年来发展迅速，各大发电企业纷纷上马风电。特别是在沿海等风能资源地区，风力发电接入电网的步伐不断加快、规模不断增大。风电的大量并网，也给电网的运行带来了一定的负面影响，风能具有随机变化的特性，而风力发电机组的输出功率与风速的立方成正比，因此风力发电机组的输出功率通常随着风速大幅快速变化。
若将大量风电接入电网，将会对电网的电能质量和电网稳定性产生影响，电能质量下降，调度运行复杂化。在某些情况下会成为制约风电场装机容量的主要因素，甚至造成非常严重的事故。例如2011年2月24日清晨西北电网酒泉地区一个风电场单条馈线故障，导致该地区11个风电场引发风电机群发生大规模脱网事故。该事故是截止目前我国风电事故中脱网
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规模最大的一次，损失出力达840.43MW，西北主网频率最低至49.854Hz[31]。随着大规模风电的接入，风电容量在系统中所占比例的增加，其对系统的影响将不能被忽视。
风电场并网运行对电力系统电能质量、安全稳定带来诸多负面的影响，现如今风力发电逐步的规模化和产业化，风电场装机规模不断增大，风电场注入功率的变化对电网的影响也同益显著。为了更加充分的开发利用风力资源，在风电场建设之前，需要对并网风电场接入电力系统稳定的影响做深入的研究分析，这对风电场的规划设计以及电力系统的稳定运行都有着重要意义。
4.1风电并网系统的组成
风电并网系统由风力发电机群组成的风电场A、升压变电站B和输电线路L组成的并网型风力发电系统，是将风电电力通过PCC节点送入电力网络，再提供给用户，如图4-1所示。PCC节点是风电场与电网的连接点，又称公共连接点。
图4-1风电并网系统的组成
风电相当于“负”负荷，具有间歇性和随机性。风电在电网中的使用受到一定的限制，同时大型风电场并网增加了电网运行调度的难度。
4.2风电并网对电力系统的影响
风电场向电网输送电能时必须保证一定的电能质量，通常电能质量由频率、电压、谐波、闪变和三相不平衡度组成。并网型风电场对于电网稳定性的主要威胁一方面是风速的波动性和随机性引起风电场出力随时间变
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