風(fēng)能是豐富、清潔、可再生的能源，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能-機(jī)械能-電能的可靠性、高效率、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換和傳輸是重要的研究課題。風(fēng)能和太陽(yáng)能一樣，是可再生資源，清潔、豐富、一次性。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，它變成了越來(lái)越受到重視的能源。風(fēng)能儲(chǔ)量非常大，全球風(fēng)力資源總量約為2.74×109兆瓦。這些總能量大部分都可以被我們利用，比可以開發(fā)利用的水資源多十倍。目前世界上有三個(gè)風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)，分別是美國(guó)、德國(guó)和西班牙，中國(guó)一直有很多風(fēng)力儲(chǔ)備。由于中國(guó)幅員廣闊，這些能源分布廣泛，加上中國(guó)近年來(lái)的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)。在當(dāng)今中國(guó)，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)將具有非常廣闊和充滿活力的發(fā)展前景，并將處于快速發(fā)展的狀態(tài)。目前，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備容量的國(guó)產(chǎn)化和規(guī)?；粩鄬?shí)現(xiàn)，可以降低風(fēng)力發(fā)電成本。因此，風(fēng)電行業(yè)將成為一些人實(shí)現(xiàn)財(cái)富夢(mèng)想的投資目標(biāo)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，主要由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架和整體基礎(chǔ)座構(gòu)成。風(fēng)輪部分包括葉片和輪轂，其工作原理是葉片本身成為空氣動(dòng)力學(xué)的外在形式，受氣流沖擊時(shí)可以形成一定的力，使風(fēng)輪在這種力的作用下開始旋轉(zhuǎn)，最后輪轂將扭矩傳遞到主傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部。機(jī)艙包括底盤、整流蓋和機(jī)艙蓋，除主控制面板外，其他重要部件安裝在底盤上。通過(guò)塔架可將機(jī)艙提升到預(yù)定位置，塔架上還有其他重要部件，包括連接電機(jī)和主控制器的線路、人員上下所需的梯子等?；A(chǔ)基座主要由鋼筋混凝土堆積而成，可將整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)牢牢地安裝在地面上，還可連接防雷接地裝置。

依據(jù)不一樣的機(jī)組特性和應(yīng)用目地，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要類型及其控制系統(tǒng)特性歸納為：依據(jù)容量，我們能夠?qū)l(fā)電機(jī)組歸類為三類型：容量小于10kW的小型發(fā)電機(jī)組；容量小于9kW的99kW的中型發(fā)電機(jī)組；容量小于99KW的大型發(fā)電機(jī)組。根據(jù)主軸與水平地面的關(guān)系，可分為水平軸和垂直軸兩種單元。在這兩個(gè)發(fā)電機(jī)中，前者是成功的發(fā)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是將風(fēng)輪放在高處，避免表面狀態(tài)對(duì)風(fēng)輪運(yùn)行的影響。水平軸發(fā)電機(jī)的主要部件，如發(fā)電機(jī)、方向調(diào)節(jié)裝置和主軸，均在發(fā)電機(jī)艙內(nèi)。

我們可以將風(fēng)力渦輪分為單葉風(fēng)力渦輪、雙葉風(fēng)力渦輪、三葉風(fēng)力渦輪和多葉風(fēng)力渦輪。根據(jù)風(fēng)輪的位置，可分為逆風(fēng)風(fēng)機(jī)和順風(fēng)風(fēng)風(fēng)機(jī)。根據(jù)單元傳動(dòng)鏈的類型，可分為直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)和混合風(fēng)力發(fā)電機(jī)。直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接連接，轉(zhuǎn)速低，極多，固定轉(zhuǎn)子尺寸大，結(jié)構(gòu)扁平，旋轉(zhuǎn)慣量大，有利于穩(wěn)定風(fēng)力不穩(wěn)定帶來(lái)的電位波動(dòng)。直行式風(fēng)力發(fā)電機(jī)屬于無(wú)齒輪箱變槳變速類，風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸不通過(guò)其他部件與低速發(fā)電機(jī)連接，因此直行式風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)采用全功率變流器。至于雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其內(nèi)部安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的槳距角不固定，可根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)調(diào)整。此外，該型風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部選擇雙饋發(fā)電機(jī)，可調(diào)節(jié)速度，同時(shí)傳輸?shù)碾娔転楹泐l恒壓?；旌巷L(fēng)力發(fā)電機(jī)采用單級(jí)齒輪箱和中速發(fā)電機(jī)，是直行風(fēng)力發(fā)電機(jī)和傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的混合體。風(fēng)力發(fā)電機(jī)有很多種類，但占主導(dǎo)地位的是三葉、水平軸、逆風(fēng)、變槳、變速、恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

發(fā)電機(jī)能進(jìn)一步將葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電機(jī)配備的電機(jī)屬于多極永磁同步范疇，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高、體積小的優(yōu)點(diǎn)。永磁同步發(fā)電機(jī)額定功率1580kW，額定轉(zhuǎn)速20.5rpm，轉(zhuǎn)速范圍9rpm~17.3rpm，極數(shù)88，額定電壓690V。

自動(dòng)偏航系統(tǒng)可根據(jù)風(fēng)向標(biāo)提供的信號(hào)自動(dòng)確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的方向。當(dāng)風(fēng)向偏時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向目標(biāo)的檢測(cè)信號(hào)控制偏航驅(qū)動(dòng)裝置，使機(jī)艙逆風(fēng)偏航。偏航系統(tǒng)在運(yùn)行中有阻尼控制，使裝置的偏航旋轉(zhuǎn)根據(jù)優(yōu)化的偏航速度更加穩(wěn)定。有控制柜、電梯、偏航系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)等。機(jī)艙內(nèi)，外有測(cè)風(fēng)系統(tǒng)。機(jī)艙底座可將葉輪和發(fā)電機(jī)的靜、動(dòng)載荷傳遞給塔架。

風(fēng)速計(jì)和風(fēng)向標(biāo)傳感器設(shè)置在機(jī)艙后部，風(fēng)向標(biāo)信號(hào)反映了鼓風(fēng)機(jī)和主風(fēng)向的偏差。當(dāng)風(fēng)向續(xù)變化時(shí)，控制器根據(jù)風(fēng)向標(biāo)傳遞的信號(hào)，控制三個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)機(jī)艙與主風(fēng)向?qū)R。

制動(dòng)系統(tǒng)配有三個(gè)獨(dú)立的葉片傾斜系統(tǒng)。即使其中一個(gè)槳分系統(tǒng)的劃分失敗，另外兩個(gè)劃分也可以獨(dú)立完成劃分空氣的制動(dòng)，確保單元能夠正常停止運(yùn)轉(zhuǎn)。液壓制動(dòng)器安裝在馬達(dá)內(nèi)部，其主要功能是將單元保持在設(shè)定的停止位置。電氣控制系統(tǒng)有正常運(yùn)行控制、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和安全保護(hù)三個(gè)功能。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力轉(zhuǎn)換裝置在風(fēng)力發(fā)電中得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了重要的作用。為了提高風(fēng)能的利用效率，需要實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，即實(shí)現(xiàn)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用永磁同步發(fā)電機(jī)，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后通過(guò)適當(dāng)控制的變頻器轉(zhuǎn)換成恒頻恒壓交流電，然后通過(guò)升壓變壓器接入電網(wǎng)，使變頻器的調(diào)制信號(hào)逐漸變化，使變頻器在網(wǎng)后輸出電壓相位領(lǐng)先，從而逐漸增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的輸送功率。

由于電力電子轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的轉(zhuǎn)換，無(wú)論發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的功率是什么樣的電壓和頻率，都可以通過(guò)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，風(fēng)能利用效率高。另外，機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)變頻器解耦，不存在同步電機(jī)角的穩(wěn)定性。變流器還具備一定的無(wú)功功率控制能力，改進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電的電壓?jiǎn)栴}，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)就是說(shuō)能夠力發(fā)電機(jī)在多風(fēng)地區(qū)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)在變速恒頻并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無(wú)電流沖擊，使發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行。原因是通過(guò)變頻裝置控制電流輸出。由于同步發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有與電網(wǎng)連接，風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中可以有不同的速度，同時(shí)也可以避免并聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行中的任何錯(cuò)誤。在風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行系統(tǒng)中，通過(guò)阻抗匹配和功率追蹤可以調(diào)節(jié)輸出功率的承載能力，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在最佳狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行，盡量向電網(wǎng)輸送最大功率。

如今，科技的發(fā)展導(dǎo)致風(fēng)電水平的快速提高，風(fēng)電設(shè)施和設(shè)備的逐步完善。從目前情況來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電的主要發(fā)展方向體現(xiàn)在傳動(dòng)技術(shù)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向緊湊、靈活、輕量化發(fā)展的地理區(qū)域逐漸從陸地轉(zhuǎn)移到海洋。由于廣闊的領(lǐng)海面積、可觀的海岸線延伸和豐富的可應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的資源，海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將是未來(lái)中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的重要發(fā)展項(xiàng)目。大規(guī)模、高集中度、遠(yuǎn)距離、大規(guī)模發(fā)展也使風(fēng)力發(fā)電成本持續(xù)下降，逐漸接近正常能源。儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電和網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用優(yōu)化了風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。風(fēng)力發(fā)電基地多終端直流系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的互聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的有效和無(wú)效功率控制，具有較好的控制性。多終端直流系統(tǒng)的互聯(lián)可以提高風(fēng)電場(chǎng)電能傳輸?shù)目煽啃院挽`活性。