风力发电从技术角度可以分为恒速恒频和变速恒频两种类型。
1、恒速恒频技术
当风力发电机与电网并联运行时,要求风力发电机的频率与电网频率保持一致,即恒频。恒速恒频指在风力发电过程中,保持发电机的转速不变,从而得到恒定的频率。采用的恒速恒频发电机存在风能利用率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控、叶片特性要求高等不足,成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍。
2、变速恒频技术
变速恒频是指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化,通过其他控制方式来得到恒定的频率。
变速恒频发电是2O世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术,通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位,或变桨距控制,实现转速的调节,可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比,进而实现追求风能最大转换效率;同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率,抑制谐波、减少损耗、提高系统效率,因此可以大大提高风电场并网的稳定性。尽管变速系统与恒速系统相比,风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵,但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大,因而发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。
变速恒频技术因其利用风能充分、控制系统先进、灵活而成为风电技术的主流。在实际利用中,分布式风力发电一般与其他发电形式相互组合,例如风力发电同太阳能发电相组合形成的风光互补发电系统;风力发电同柴油机组发电组合形成的“风油”发电系统;还有三者共同组合成的“风光油”发电系统。
不同地区根据各自不同的特点选择适合自身条件的组合形式,充分利用环境优势发展新型能源。尤其值得关注的是“风光”组合发电系统,使用纯天然、无污染的风能和光能发电,代表着分布式发电技术的未来发展方向。从严格意义上来说,风能也是来自于太阳能,是太阳对地球大气造成影响产生的气流,无论是在时间还是在空间上,二者都有着很强的互补性,太阳能光伏发电技术和风力发电技术在环境适应性上不相上下,都适合建立分布式发电机组,二者组合拥有良好的匹配性,在未来很长一段时间里会成为引领可再生能源开发的趋势潮流。
从风能资源的地域分布上看,越是位置偏远、人烟稀少的地方风能资源就越丰富,而这些地方无论是交通成本还是常规电网供电成本都相当的高,由于人口稀少,用电负荷普遍不高,在这些地区周边发展风力发电,能够充分利用好丰富的风能资源,除供应周边居民用电外,还可以接入大电网支持周边城市的电网供应。
考虑到分布式发电系统的安全性、可靠性、经济性与适用广泛性的要求,需要风力发电机有较宽的工作风速范围 (3—25m/s),在不稳定的自然风况中,能可靠运行并有良好的电能品质,能捕获最大风能以提高发电效率、降低单位功率发电成本。
以上技术在大型风力发电机中得到了较好的解决,例如,为捕获最大风能,大型风力发电机主要通过两个阶段来实现。在额定风速 (14m/s)以下时,通过调节发电机反力距使转速跟随风速变化,在高于额定风速时,通过变桨距系统使系统输出功率稳定。所谓变桨距指安装在轮载上的叶片通过控制改变其 风源WP-5000A风力发电机桨距角的大小,定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的,桨距角固定不变,即当风速变化时,桨叶的迎风角度不能随之变化。
在中小型风力发电机方面,面向分布式发电的高效、可靠、低成本、大功率 (5—50kW) 的并网型变桨距中小型风力发电机,输出功率不会因风速大于额定风速而下降。从分布式电源本身入手提高电能质量。如风源WP-5000A风力发电机,额定功率:5000瓦,最大功率:6500瓦,启动风速:0.2米/秒~0.4米/秒,额定风速:12米/秒,工作风速:1.8米/秒~25米/秒,当风速大于额定风速12米/秒时,其输出功率仍然向上平缓上升,所获风能并没减少,发电效率高,非常符合分布式风能发电的要求。