变速恒频（VSCF）风力发电系统的自适应控制方法研究(3)
1.2国内外风力发电的研究现状及发展趋势
1.2.1国外风力发电现状
.2.2国内风力发电现状
1.3风力发电系统的基础理论
1.3.1风力发电系统的基本运行方式
风力发电系统按发电机的运行方式可分为:恒速恒频（CSCF）系统和变速恒频（VSCF）系统。
CSCF（Constant Speed Constant Frequency）系统的显著缺点是风速变化时，风能利用系数不能一直保持在最佳值，不能最大限度的捕获风能，风能利用率不高。此外，对恒速风力机来说，当风速跃升时风能将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件，在这些部件上产生很大的机械应力，如果上述过程频繁出现，会引起这些部件的疲劳损坏甚至不能使用。所以，要保证此系统能安全稳定的运行，风电机组的机械部件在设计和生产时都要做更多的考虑和保护措施。然而，这样机组的重量就不断的增加、制造成本也相应的加大。更重要的是，即使系统可以安全稳定的运行，也无法获取最大的风能，整个系统的风能转换效率较低。
基于CSCF的上述缺点，VSCF(Variable Speed Constant Frequency) 风力发电系统便应运而生。变速恒频系统主要解决了恒速恒频系统不能调节风力机转速实现最大风能捕获控制的问题。该系统的优点如下所述：（1）因为风力机的转速可以跟随风俗的变化，由控制系统调节。所以，风力机可以及时的吸收因风速的突然增加而产生的绝大风能。这样风电机组的机械部件就不会像恒速恒频系统那样承受过大的机械应力了，也就减少了机械部件的疲劳损伤，降低了机械部件设计时的难度。而风速突然下降的时候，变频器控制系统又会控制高速风力机释放储存的动能转换为电能，并回馈给电网。所以说，风力机速度的可控性增加了风电系统运行的可靠性和稳定性。（2）桨距控制系统简单。（3）通过风力机转速的调节就可以使风力机始终运行在最佳的叶尖速比上，实现了最大风能的捕获控制，提高了发电机组的风能转换效率。
1.3.2变速恒频风力发电技术
由上面的分析可知，大力发展变速恒频技术是今后风力发电的必然趋势。变速恒频风力发电机组采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。下面简单介绍其中几种常用的变速恒频系统。
异步发电机变速恒频风力发电系统
如图1.1所示，是异步发电机变速恒频风力发电系统。由于风速的不断变化，风力机以及转子的转速也随之变化，所以发电机发出的电能的频率也是变化的。因此，在定子绕组与电网之间增加一个变频器环节，先整流再逆变可以把频率变化的电能转化为与电网频率相同的频率电能送入电网。实现了变速恒频，具有变速运行范围宽的优点，适用于风速变化大的环境，文护简便。但是由于变频器在发电机定子侧，变频器的容量必须与发电机的容量相等，属于全功率变换，导致变频器体积大、重量大，系统成本较高。
图1.1 异步发电机变速恒频风力发电系统
基于上述系统变频器的缺点。又出现了永磁同步发电机变速恒频风力发电系统，其系统结构示意图如图1.2所示。转子为永磁式结构，无需外部提供励磁电源，提高了效率，该系统的控制也是在定子电路实现的，把永磁发电机发出的频率变化的交流电通过交-直-交并网变频器转变为与电网同频的交流电，因此变频器的容量与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可省去齿轮箱，是直接驱动式结构，这样减小了系统运行噪声，提高了可靠性。由于直驱型永磁发电机的转速很低，致使发电机体积增大、成本增加，而且这一类型的风力发电机需要变换器容量较大(约为120%的额定容量)。