風能是豐富、清潔、可再生的能源，實現(xiàn)風能-機械能-電能的可靠性、高效率、經(jīng)濟轉換和傳輸是重要的研究課題。風能和太陽能一樣，是可再生資源，清潔、豐富、一次性。在社會經(jīng)濟發(fā)展的過程中，它變成了越來越受到重視的能源。風能儲量非常大，全球風力資源總量約為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。目前世界上有三個風力發(fā)電市場，分別是美國、德國和西班牙，中國一直有很多風力儲備。由于中國幅員廣闊，這些能源分布廣泛，加上中國近年來的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術。在當今中國，風力發(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，風力發(fā)電設備容量的國產(chǎn)化和規(guī)模化不斷實現(xiàn)，可以降低風力發(fā)電成本。因此，風電行業(yè)將成為一些人實現(xiàn)財富夢想的投資目標。

風力發(fā)電機是將風能轉換為電能的裝置，主要由風輪、機艙、塔架和整體基礎座構成。風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力學的外在形式，受氣流沖擊時可以形成一定的力，使風輪在這種力的作用下開始旋轉，最后輪轂將扭矩傳遞到主傳動系統(tǒng)內(nèi)部。機艙包括底盤、整流蓋和機艙蓋，除主控制面板外，其他重要部件安裝在底盤上。通過塔架可將機艙提升到預定位置，塔架上還有其他重要部件，包括連接電機和主控制器的線路、人員上下所需的梯子等。基礎基座主要由鋼筋混凝土堆積而成，可將整個風力發(fā)電機牢牢地安裝在地面上，還可連接防雷接地裝置。

依據(jù)不一樣的機組特性和應用目地，風力發(fā)電機組的主要類型及其控制系統(tǒng)特性歸納為：依據(jù)容量，我們能夠將發(fā)電機組歸類為三類型：容量小于10kW的小型發(fā)電機組；容量小于9kW的99kW的中型發(fā)電機組；容量小于99KW的大型發(fā)電機組。根據(jù)主軸與水平地面的關系，可分為水平軸和垂直軸兩種單元。在這兩個發(fā)電機中，前者是成功的發(fā)電機，其優(yōu)點是將風輪放在高處，避免表面狀態(tài)對風輪運行的影響。水平軸發(fā)電機的主要部件，如發(fā)電機、方向調節(jié)裝置和主軸，均在發(fā)電機艙內(nèi)。

我們可以將風力渦輪分為單葉風力渦輪、雙葉風力渦輪、三葉風力渦輪和多葉風力渦輪。根據(jù)風輪的位置，可分為逆風風機和順風風風機。根據(jù)單元傳動鏈的類型，可分為直驅風力發(fā)電機、雙饋變速恒頻風力發(fā)電機和混合風力發(fā)電機。直驅式永磁同步發(fā)電機與風力發(fā)電機直接連接，轉速低，極多，固定轉子尺寸大，結構扁平，旋轉慣量大，有利于穩(wěn)定風力不穩(wěn)定帶來的電位波動。直行式風力發(fā)電機屬于無齒輪箱變槳變速類，風力發(fā)電機軸不通過其他部件與低速發(fā)電機連接，因此直行式風力發(fā)電機應采用全功率變流器。至于雙饋變速恒頻風力發(fā)電機，其內(nèi)部安裝的風力發(fā)電機葉片的槳距角不固定，可根據(jù)實際需要適當調整。此外，該型風力發(fā)電機內(nèi)部選擇雙饋發(fā)電機，可調節(jié)速度，同時傳輸?shù)碾娔転楹泐l恒壓。混合風力發(fā)電機采用單級齒輪箱和中速發(fā)電機，是直行風力發(fā)電機和傳統(tǒng)風力發(fā)電機的混合體。風力發(fā)電機有很多種類，但占主導地位的是三葉、水平軸、逆風、變槳、變速、恒頻風力發(fā)電機。

發(fā)電機能進一步將葉輪旋轉產(chǎn)生的機械動能轉化為電能。發(fā)電機配備的電機屬于多極永磁同步范疇，具有結構簡單、運行可靠、效率高、體積小的優(yōu)點。永磁同步發(fā)電機額定功率1580kW，額定轉速20.5rpm，轉速范圍9rpm~17.3rpm，極數(shù)88，額定電壓690V。

自動偏航系統(tǒng)可根據(jù)風向標提供的信號自動確定風力發(fā)電機的方向。當風向偏時，控制系統(tǒng)根據(jù)風向目標的檢測信號控制偏航驅動裝置，使機艙逆風偏航。偏航系統(tǒng)在運行中有阻尼控制，使裝置的偏航旋轉根據(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。機艙內(nèi)，外有測風系統(tǒng)。機艙底座可將葉輪和發(fā)電機的靜、動載荷傳遞給塔架。

風速計和風向標傳感器設置在機艙后部，風向標信號反映了鼓風機和主風向的偏差。當風向續(xù)變化時，控制器根據(jù)風向標傳遞的信號，控制三個偏航驅動器的旋轉機艙與主風向對齊。

制動系統(tǒng)配有三個獨立的葉片傾斜系統(tǒng)。即使其中一個槳分系統(tǒng)的劃分失敗，另外兩個劃分也可以獨立完成劃分空氣的制動，確保單元能夠正常停止運轉。液壓制動器安裝在馬達內(nèi)部，其主要功能是將單元保持在設定的停止位置。電氣控制系統(tǒng)有正常運行控制、運行狀態(tài)監(jiān)控和安全保護三個功能。

隨著電力電子技術的發(fā)展，電力轉換裝置在風力發(fā)電中得到了廣泛的應用，發(fā)揮了重要的作用。為了提高風能的利用效率，需要實現(xiàn)變速運行，即實現(xiàn)變速恒頻風電系統(tǒng)。風力發(fā)電機采用永磁同步發(fā)電機，將交流電轉換成直流電，然后通過適當控制的變頻器轉換成恒頻恒壓交流電，然后通過升壓變壓器接入電網(wǎng)，使變頻器的調制信號逐漸變化，使變頻器在網(wǎng)后輸出電壓相位領先，從而逐漸增大風力發(fā)電機對電網(wǎng)的輸送功率。

由于電力電子轉換器可以實現(xiàn)電壓和頻率的轉換，無論發(fā)電機產(chǎn)生的功率是什么樣的電壓和頻率，都可以通過轉換器進行轉換，然后并網(wǎng)，實現(xiàn)變速運行，風能利用效率高。另外，機電系統(tǒng)通過變頻器解耦，不存在同步電機角的穩(wěn)定性。變流器還具備一定的無功功率控制能力，改進了風力發(fā)電的電壓問題，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的一個重要優(yōu)點就是說能夠力發(fā)電機在多風地區(qū)運行在最佳狀態(tài)。

直驅式永磁發(fā)電機在變速恒頻并網(wǎng)運行時無電流沖擊，使發(fā)電系統(tǒng)正常運行。原因是通過變頻裝置控制電流輸出。由于同步發(fā)電機組在運行過程中沒有與電網(wǎng)連接，風輪和發(fā)電機在運行過程中可以有不同的速度，同時也可以避免并聯(lián)網(wǎng)運行中的任何錯誤。在風力發(fā)電運行系統(tǒng)中，通過阻抗匹配和功率追蹤可以調節(jié)輸出功率的承載能力，保證風力發(fā)電機組能夠在最佳狀態(tài)下繼續(xù)運行，盡量向電網(wǎng)輸送最大功率。

如今，科技的發(fā)展導致風電水平的快速提高，風電設施和設備的逐步完善。從目前情況來看，風力發(fā)電的主要發(fā)展方向體現(xiàn)在傳動技術從結構設計向緊湊、靈活、輕量化發(fā)展的地理區(qū)域逐漸從陸地轉移到海洋。由于廣闊的領海面積、可觀的海岸線延伸和豐富的可應用于風力發(fā)電領域的資源，海上風力發(fā)電場將是未來中國風力發(fā)電的重要發(fā)展項目。大規(guī)模、高集中度、遠距離、大規(guī)模發(fā)展也使風力發(fā)電成本持續(xù)下降，逐漸接近正常能源。儲能系統(tǒng)在風力發(fā)電和網(wǎng)絡中的應用優(yōu)化了風力發(fā)電的經(jīng)濟性。風力發(fā)電基地多終端直流系統(tǒng)風力發(fā)電場的互聯(lián)可以實現(xiàn)獨立的有效和無效功率控制，具有較好的控制性。多終端直流系統(tǒng)的互聯(lián)可以提高風電場電能傳輸?shù)目煽啃院挽`活性。