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1、新能源并网发电系统的低电压穿越目录电力电子新技术系列图书序言序3. 1. 1 机械系统的数学模型3. 1. 2 电气系统的数学模型 48 52前言3. 2 单机风电系统的控制62物理量符号表缩略语3. 2. 1 定速风电系统的控制3. 2. 2 变速风电系统的控制 62 63第 1 章绪论13. 3 风电场的数学模型与控制方法 741. 1 新能源并网发电系统概述13. 3. 1 风电场的数学模型741. 2 风电系统概述43. 3. 2 风电场的控制751. 2. 1 风电产业的发展现状53. 4 小结771. 2. 2 并网风电系统的技术现状 9参考文献771. 3 光伏发电系统概述12第
2、 4 章并网型光伏发电系统的1. 3. 1 光伏发电产业的发展现状 124. 1数学模型和控制方法 801. 3. 2 并网光伏发电系统的技术光伏发电系统的数学模型 80现状164. 1. 1 光伏电池的数学模型 811. 4 小结214. 1. 2 具有局部最大功率点的光伏参考文献214. 1. 3组件数学模型83第 2 章新能源并网发电系统的并网导则234. 2光伏发电系统中的功率变流器852. 1 新能源并网发电系统的特点 23光伏发电系统的控制862. 1. 1 静 态 特性244. 2. 1 光伏发电系统的最大功率点2. 1. 2 动 态 特性244. 2. 2跟踪控制86光伏发电系
3、统的局部最大功率2. 2 新能源并网发电系统对电力系统点跟踪控制90的影响254. 3 光伏并网逆变器控制 912. 2. 1 静态特性的影响2. 2. 2 动态特性的影响 25 264. 3. 1 两级式光伏并网逆变器的MPPT 控制912. 3 新能源并网发电系统的并网4. 3. 2 单级式光伏并网逆变器的导则28MPPT 控制942. 3. 1 并网导则的背景和发展 284. 4 光伏并网逆变器的孤岛效应及2. 3. 2 并网导则的主要内容 32反孤岛策略962. 4 新能源发电系统并网导则的4. 4. 1 基于并网逆变器的被动式2. 5发展趋势43反孤岛策略98小结444. 4. 2
4、基于并网逆变器的主动式参考文献44反孤岛策略98第 3 章并网型风力发电系统的4. 5 光伏发电场的数学模型和控制3. 1数学模型和控制方法 47方法99单机风电系统的数学模型 474. 6 小结99参考文献 1007. 1. 1 并联式低电压穿越辅助第 5 章电网故障的特征与检测 1037. 1. 2装置2125. 1 电网故障的特征1035. 1. 1 电网的结构与故障1035. 1. 2 典型电网故障特征1045. 2 电网故障的快速检测1107. 2串联式低电压穿越辅助装置216多机风电系统的低电压故障穿越方法2185. 2. 1 锁相环的一般结构1107. 2. 1 多机恒速风电系统
5、的低电压5. 2. 2 基于旋转坐标系的锁5. 2. 3相环119静止坐标系下的锁相环1257. 2. 27. 3穿越218多机双馈风电系统的低电压穿越2285. 2. 4 不同锁相环的性能比较 127小结2355. 3 小结128参考文献235参考文献128第 8 章电网故障模拟和低电压穿越第 6 章新能源并网发电系统低电压故障的单机穿越方法 1318. 1测试237电网故障模拟2376. 1 低电压穿越的三个阶段1318. 1. 1 电网模拟器的分类与6. 2 直接耦合型风电系统的低电压穿越1326. 2. 1 低电压故障对直接耦合型8. 1. 28. 1. 38. 2原理239电力电子式
6、电网模拟器242阻抗分压式电网模拟器2446. 3低电压穿越方法 1356. 2. 2 风电机组的影响132半耦合型双馈风电系统的低电压8. 3风力机与光伏电池特性模拟 246新能源发电系统的低电压穿越测试246穿越1408. 3. 1 新能源发电系统测试6. 3. 1 低电压故障对双馈风电机组6. 4低电压穿越方法 1496. 3. 2 的 影响141非耦合型发电系统的低电压穿越1868. 3. 28. 3. 3规程247风电系统低电压穿越测试流程与内容249光伏发电系统低电压穿越测试的流程与内容2516. 4. 1 低电压故障对非耦合型风电机组8. 3. 4 “ 发电机 - 变流器” 低电
7、压6. 4. 2的影响187非耦合型风电机组的低电压6. 4. 3故障穿越方法188低电压故障对光伏发电系统的影响1998. 3. 58. 3. 68. 4穿越测试251风电系统仿真模型的低电压穿越测试253光伏发电系统仿真模型的低电压穿越测试2576. 4. 4 光伏发电系统低电压穿越小结258策略201参考文献2586. 4. 5 仿真结果分析 204附录2606. 5 小 结 205附录 A 标幺值的规定260参考文献 205附录 B 仿真、 实验参数260第 7 章新能源并网发电系统低电压故障的集中穿越方法 211附录 C 最优控制问题的求解过程附录 D 最优规划问题的求解过程 265
8、 2677. 1 集中式低电压穿越辅助装置 211物理量符号表 - sssm 0 A双馈发电机磁链模型 A = - s- s0sm rm 0- r sr 0rm- sr- r A光伏电池常数因子， 光伏电池品质因数Am电气量测试数据基频正序分量的标幺值Apnpn 结结面积As电气量仿真数据基频正序分量的标幺值a120相移算子C 变流器直流母线电容Cp风能利用系数Cpmax最大风能利用系数Cpv光伏电池侧电容D 占空比DG ， DG发电机的阻尼系数和等效阻尼系数Dn ， Dp电子和空穴的扩散系数DWT风力机阻尼系数Eg半导体材料的带隙F1稳态区间的平均偏差F2暂态区间的平均偏差F3稳态区间的平均
9、绝对值偏差F4暂态区间的平均绝对值偏差F5稳态区间的最大偏差I + ， I - ， I 0正负零序电流相量I0光伏电池二极管暗电流I a ， I b ， I cabc 相电流相量ID二极管电流/ 光伏电池扩散电流ID0无光照时光伏电池的饱和电流IEUT故障测试设备输出电流If励磁电流Impp光伏电池最大功率点电流Ir lim最大转子电流有效值Isc短路电流， 光伏电池激发电流idc_ inv变流器逆变侧输入电流idc_ rc变流器整流侧输出电流iga ， igb ， igc电网 abc 相电流igd ， igq电网电流 dq 轴分量i + ， i - 正负序无功电流指令igq +i+ q+iq
10、gq -正序无功电流给定正序无功电流r转子电流矢量ri转子电流矢量给定ird ， irq转子 dq 轴电流irm_ max转子最大电流is定子电流矢量isd ， isq定子 dq 轴电流J1 ， J2齿轮箱低速轴和高速轴的转动惯量JG发电机转子转动惯量JL等效风电机组转子转动惯量JWT ， JWT风力机风轮转动惯量和等效风轮转动惯量K玻耳兹曼常数， 光伏温度与环境温度转换系数KEnd仿真测试数据终止序号Kg齿轮箱传动比Ks轴刚性系数KsG发电机侧齿轮箱轴的刚性系数KsG风力机组传动轴等效刚性系数Ksr定转子绕组匝数比KStart仿真测试数据起始序号KsWT风力机侧齿轮箱轴的刚性系数kT磁链跟踪
11、系数 Lr0- Lm0 L - 1电感矩阵的逆矩阵 L - 1 = 10Lr0- Lm Ls Lr - L2 - Lm0Ls0 L0三相四桥臂变流器零序通道电感Lg变流器并网电感Llr绕组折算后的转子漏感Lls ， Llr定子和转子漏感Lm旋转坐标系下的定转子间的互感Lmd ， Lmq发电机 dq 轴励磁电感Ls ， Lr定子和转子电感ma ， mb ， mc三相调制比m 0 - Lm0Ls md ， mq旋转变换的等效 dq 轴调制比NA ， ND受主杂质和施主杂质浓度NC ， NV导带和价带的有效态密度Pc变流器有功功率Pem电磁功率Pm风力机捕获的机械功率Pmec发电机输入的机械功率Pn
12、风电场额定输出功率Popt最优功率Pout风电场输出有功功率Pr ， Qr折算后转子输出有功功率Ps ， Qs定子输出有功、 无功功率ssP ， Q定子有功、 无功功率给定值Pw风力机输入功率Px+ ， Px-正负序有功功率， x = g， c 分别表示网侧变流器电网侧和交流输出侧00变量Pxcos ， Pxsin二倍频波动有功功率， x = g， c 分别表示网侧变流器电网侧和交流输出侧变量pn极对数Q 电子电荷常量QLls定子漏感无功功率QLlr频率折算后转子漏感无功功率QLm励磁电感无功功率Qx+ ， Qx-正负序无功功率， x = g， c 分别表示网侧变流器电网侧和交流输出侧00变量
13、Qxcos ， Qxsin二倍频波动无功功率， x = g， c 分别表示网侧变流器电网侧和交流输出侧变量q90移项算子， 电子电荷量R 风力机叶片扫掠圆半径Rcb撬棒电路电阻Rg变流器并网电阻Rl传输线路电阻RL光伏电池外接负载Rr转子电阻Rr绕组折算到定子侧后的转子电阻Rs定子电阻RSDBRSDBR 阻值Rsh旁漏电阻S 风力机叶片的扫掠面积， 辐射照度Sa ， Sb ， Sb三相桥臂开关函数s， s0转差率和额定转差率T 光伏电池温度T1齿轮箱输入转矩T2齿轮箱输出转矩Tair环境温度Te发电机电磁转矩sin cos T2r/ 2s两相旋转至两相静止坐标变换阵 T2r/ 2s = cos
14、 - sin T2s/ 2r两相静止至两相旋转坐标变换阵 T2s/ 2r = 1-cos sin - sin cos 2q1T2s/ 2s +正序分量变换阵 T2s/ 2s + = 1 q2T2s/ 2s -负序分量变换阵 T2s/ 2s - = 1 1 q- q 1 10 T 两相静止至三相静止坐标变换阵 T= - 1 3 2s / 3s2s / 3s22 - 1- 3 22 1- 1- 1 T3s/ 2s三相静止至两相静止坐标变换阵 T3s/ 2s = 2 22 3 0 3- 3 22 1 1aa2 3 T3s/ 3s +正序分量变换矩阵 T3s/ 3s + =a21a aa21 1 1a
15、2a 3 T3s/ 3s -负序分量变换矩阵 T3s/ 3s - =a1a23 1 1 1 a2a1 T3s/ 3s0正序分量变换矩阵 T3s / 3s0= 1 1 1 1 1 1 1Ts开关周期TWT ， TWT风力机机械转矩和等效机械转矩U 电压幅值U + ， U - ， U0正负零序电压相量U a ， U b ， U cabc 相电压相量Udc变流器直流母线电压Umpp最大功率点电压Umin ， Umax规定电压的最小、 最大幅值Umpp光伏电池最大功率点电压Un额定电压Uoc光伏电池的开路电压Upeak ， Ipeak转子侧变流器输出电压、 电流最大值Upv光伏电池输出电压Us定子端电
16、压uabc三相静止坐标系下电压变量u ， uuc变流器输出电压ucd ， ucq变流器输出 dq 轴电压给定值变流器输出 dq 轴电压ucdcqdq两相同步旋转坐标系下电压变量ug电网电压矢量u + ， u -电网电压矢量正负序分量uguu ，gabc gdu gmugmurgugq三相静止坐标系下电网电压电网电压 dq 轴分量电网相电压幅值给定值电网相电压幅值转子电压发电机转子电压矢量ur ， u绕组折算到定子侧后的发电机转子端 dq 轴电压urdrqs定子电压us发电机定子端电压矢量u， uusd ， usq发电机定子侧 dq 轴电压+xd +u-xd -| u +xq +， u-xq -
17、| ， | u -正序电压 dq 分量， x = g， c 分别表示网侧变流器电网侧和交流输出侧变量负序电压 dq 分量， x = g， c 分别表示网侧变流器电网侧和交流输出侧变量|正负序电压幅值u gdq +gdq -两相静止坐标系下电压变量v 风速X1限流电抗X2短路电抗Xl传输线路电抗Xls ， Xlr定转子漏抗Xm励磁电抗Z + ， Z - ， Z0正负零序阻抗ZfGCP 和故障点之间的短路阻抗Zs电网与 GCP 之间的线路阻抗阻抗角0晶闸管的触发延迟角风力机桨距角ref风力机桨距角给定值U电网电压跌落比例ugd ， ugq变流器 dq 轴前馈补偿项定子电压不平衡度阻尼比a 轴和 d
18、 轴之间的夹角 +锁相环输出的正序电压矢量的相位信号1齿轮箱低速侧位置角2齿轮箱高速侧位置角G发电机位置角r转子位置角s风力机轴与发电机轴的扭角WT风力机位置角叶尖速度比opt最优叶尖速度比max最大叶尖速度比空气密度漏磁系数n ， p电子和空穴的少子寿命相位跳变角d ， q磁链 dq 分量rd ， rq转子 dq 轴磁链sssdc + ， - ， 定子磁链矢量正负序和直流分量s ， r定转子磁链矢量sd ， sq定子 dq 轴磁链 ， 磁链 分量1 ， 2齿轮箱低速轴和高速轴的机械角速度R ， r发电机机械角速度和旋转电角速度S ， s机械同步角速度和同步旋转电角速度WT风力机角速度c截止角
19、频率mrm异步风电机组临界角速度 ， s定转子磁链直流分量的衰减速度， s = Rs Lr / （ Ls Lr - L2 ）r r = Rr Ls / （ Ls Lr - L2 ）mmsm ， rm定转子磁链之间的耦合强度， sm= Rs Lm/ （ Ls Lr- L2 ） msr转差电角速度rm = Rr Lm / （ Ls Lr - L2 ）缩略语ACAlternate Current交流ANFAdaptive Notch Filter自适应陷波滤波器AVRAutomatic Voltage Regulator自动电压调节器BDEWBundesverband Der Energie - u
20、nd Wasserwirtschaft德国联邦能源和水利协会CBCircuit Breaker断路器CCTCritical Clearing Time临界切除时间CNASChina National Accreditation Service中国合格评定国家认可委员会for Conformity AssessmentDCDirect Current直流DDSRF - PLLDecoupled Double Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop解耦双旋转坐标系锁相环DFIGDoubly Fed Induction Generator双馈感应发
21、电机DSCDelayed Signal Cancellation延时滤波器DSC - PLLDelayed Signal Cancellation Phase Locked Loop基于延时滤波器的锁相环DSPDigital Signal Processor数字信号处理器DVRDynamic Voltage Restorer动态电压恢复器EESGElectrically Excited Synchronous Generator电励磁同步发电机EMCElectro Magnetic Compatibility电磁兼容EKFExtend Kalman Filter扩展卡尔曼滤波器E. ONE.
22、ON Net德国输电系统运营商 E. ON NetEPLLEMF Phase - Locked Loop反电动势锁相环法FACTSFlexible Alternate Current Transmission Systems 柔性交流输电系统FIAFlux Integration Algorithm磁链积分算法GCPGrid Connection Point并网点GIGeneralized Integrator广义积分器HVRTHigh Voltage Ride Through高电压穿越IECInternational Electrotechnical Commission国际电工委员会IEE
23、EInstitute of Electrical and Electronics Engineers美国电气与电子工程师学会IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管LFLoop Filter环路滤波器LPFLow Pass Filter低通滤波器LVRTLow Voltage Ride Through低电压穿越MPPMaximum Power Point最大功率点MPPTMaximum Power Point Tracking最大功率点跟踪PCCPoint of Common Coupling公共连接点PDPhase Detector鉴相器P
24、LLPhase Locked Loop锁相环PMSGPermanent Magnet Synchronous Generator永磁同步发电机P - SSIPortional - Sinusoidal Signal Integrator比例正弦信号积分器PWMPulse Width Modulation脉冲宽度调制SAFSecond - order Adaptive Filter二阶自适应滤波器SDBRSerial Dynamical Braking Resistor串联动态制动电阻SGSCSerial Grid Side Converter定子侧串联的网侧变流器SKOSimplified K
25、alman Observer简化的卡尔曼观测器SOGISecond Order Generalized Integrator二阶广义积分器SSSCStatic Synchronous Series Compensator静止同步串联补偿器STATCOMStatic Synchronous Compensator静态同步补偿器SVCStatic Var Compensator静止无功补偿器SVGStatic Var Generator静止无功功率发生器TCRThyristor Controlled Reactor晶闸管控制电抗器THDTotal Harmonic Distortion总谐波畸变率
26、TSCThyristor Switched Capacitor晶闸管投切电容器TSOTransmission System Operator输电系统调度员UDVRUninterrupted Dynamic Voltage Restorer可连续运行动态电压恢复器VCOVoltage Controlled Oscillator压控振荡器VPLLVoltage Phase - Locked Loop端电压锁相环第 1 章绪论由于石油、 煤炭等常规化石能源的日益枯竭， 能源危机问题受到世界各国的普遍关注。 作为应对能源危机和保护环境的有效手段之一， 新能源 （ 可再生能源） 的开发和应用成为各国未来
27、可持续发展的必然选择。 在过去的 20 多年中， 随着技术的进步和政府鼓励性政策的推动， 新能源在经济性上已逐步达到与常规能源可竞争的水平。新能源的利用形式多种多样， 其中， 由于电力具有清洁、 高效、 便于远距离传输的特点， 并网发电 （ 利用新能源发电并将该电能并网） 成为其主要应用形式之一。 随着各国对新能源电力的不断开发， 电网中来自新能源系统的发电量逐年增加。 然而， 一方面， 新能源往往具有时变性和不确定性； 另一方面， 新能源发电系统大量应用电力电子设备以改善其性能， 这些因素使得新能源发电系统在外特性方面与传统发电系统有明显差异， 该差异对电力系统的运行方式将产生巨大影响。 在
28、已知的新能源发电系统中， 由于成本等因素， 风力发电 （ 以下简称为风电） 和光伏发电系统的规模化发展最为迅速， 其发电量占电网总发电量的比例也越来越大。 以风电为例， 截至 2010 年， 德国、 西班牙和丹麦电网中的风电比例均已超过 10% 1 ， 在此规模下， 新能源电力对电力系统稳定性的不利影响已经显现。 为充分利用新能源且保障电力系统的安全运行， 各国电网运营商相继颁布了针对新能源电力的并网导则， 以规范其输出特性。 “ 低电压穿越” 是各国并网导则的核心要求之一， 也是当前新能源并网发电技术的难点之一， 目前已成为新能源企业的主要技术门槛。本书以风电和光伏发电系统为例， 讨论低电压
29、穿越技术的要求、 难点和方法， 以期从理论分析和工程应用角度为解决此技术难题提供思路。 一方面， 风电和光伏发电系统已具备规模化发展的条件， 在电网中所占的比例已不可忽略， 相关的并网导则已比较完善； 另一方面， 其他形式新能源发电系统的外特性与风电及光伏发电系统有相似之处， 如其实现规模化发展， 本书的相关结果也可供解决同类问题所借鉴。1. 1新能源并网发电系统概述根据一次能源的不同， 新能源的分类见表 1 1。 在上述新能源中， 风能、 太阳能、 生物质能、 地热能和海洋能的全球储量尤为丰富， 具有极大的发展前景2 - 6 。23表 1 1 新能源的分类一次能源来源新 能 源来自地球内部地
30、热能来自地球以外的其他天体太阳能 （ 光能、 热能） 风能生物质能海洋能 （ 海水温差能、 海水盐差能、 海洋波浪能、 海流能）地球与其他天体相互作用而产生潮汐能新能源的利用形式多种多样， 其中， 由于电力具有清洁、 高效、 便于远距离传输的特点， 并网发电成为其主要应用形式之一。 在各国政府的政策扶持下， 过去10 年中， 新能源发电产业发展迅猛， 装机容量与发电量逐年增大。 截至 2010 年底， 全球新能源发电装机容量约为 3. 12 亿 kW， 同比增长 24. 3% ， 约占全部发电装机容量的 6% ， 其构成如图 1 1 所示， 风电装机容量占 63. 5% ， 光伏发电装机容量占
31、 12. 8% ， 生物质能及其他发电装机容量占 23. 7% 。 截至同年底， 我国并网新能源发电装机容量为 3670 万 kW， 同比增长约为 65% ， 约占总发电装机容量的4% 。 其构成如图 1 2 所示， 并网风电装机容量为 3131 万 kW， 约占并网新能源发电装机总量的 85. 3% ， 并网光伏发电装机容量为 40 万 kW， 约占 1. 1% ， 生物质能及其他发电装机容量约为 500 万 kW， 约占 13. 6% 1 。图 1 1 2010 年世界新能源发电装机容量构成图 1 2 2010 年我国并网新能源发电装机容量构成截至 2009 年底， 全球新能源发电量的构成
32、如图 1 3 所示， 风电发电量占38. 8% ， 太阳能发电量占 2. 1% ， 生物质能及其他发电量占 59. 1% 。 2010 年， 我国新能源发电量约为 782 亿 kWh， 占全部发电量的 1. 9% ， 其构成如图 1 4 所示， 风电装机容量为 64. 1% ， 太阳能发电装机容量为 0. 8% ， 生物质能及其他发电装机容量为 35. 1% 。图 1 3 2009 年世界新能源发电量构成图 1 4 2010 年我国新能源发电量构成在不同形式的新能源发电技术中， 风力发电和太阳能光伏发电技术已趋于成熟， 其发电成本近年来不断降低， 已具有规模化发展的潜力。 与之相比， 其他形式
33、的新能源发电由于受到地域或成本等因素的限制， 目前还不具备规模化开发的条件。 事实上， 过去 10 年中， 风电和光伏发电产业的发展异常迅猛。 截止 2012 年初， 全球风电总装机容量为 239GW， 其中 2011 年的新增风电装机容量为42GW7 。 经过过去几年的发展， 全球风电发展中心已逐渐从欧洲和北美洲转移至亚洲。 2011 年， 我国风电新增装机容量为 17. 6GW， 总装机容量达到 62. 4GW， 为全球第一。 与此同时， 光伏发电成为全球发展速度最快的新能源发电技术之一。 截至 2010 年年底， 全球累计光伏发电装机容量约为 40GW， 为 2000 年装机容量的 27
34、 倍， 其中 2010 年新增光伏装机容量为 17GW， 半数在德国8 。 截止 2011 年底， 全球风电和光伏发电装机容量见表 1 2。 该类统计数据一般相对滞后且逐年更新， 然而， 不同新能源电力的装机和发电量比例可显示其规模化发展潜力， 其数据具有一定的参考价值。表 1 2 截至 2011 年底， 全球风电和光伏发电装机容量排名装机类别排名风电光伏发电1中国德国2美国西班牙3德国日本4西班牙意大利5印度美国随着风电和光伏发电系统的快速规模化发展， 其发电量在电网中的比重越来越大。 截至 2010 年， 欧洲三个主要风电国家德国、 西班牙及丹麦平均风力发电量占总发电量的比例已达到 10.
35、 5% 。 即使在总发电量巨大的美国， 风电比重也超过了2% 。 虽然目前我国风电装机容量世界第一， 但上网发电率相对较低， 仅为总发电量的 1. 2% 。 然而， 由于我国风力和太阳能资源的分布相对集中， 风电场和光伏电场多为集中式建设， 因此局部地区渗透率较高。 以风电为例， 我国东北电网的风电渗透率已与德国相当， 为 6% 7% ； 蒙东电网风电渗透率与丹麦相当， 超过20% 1 。 由于风能和太阳能具有时变性和不确定性， 且新能源发电系统外特性与传统发电系统具有差异性， 电网中新能源发电渗透率的增加将严重影响电力系统的稳定运行9 。 仍以风电为例， 据不完全统计， 仅 2010 年一年
36、， 我国共发生 600 次左右的限制风电出力情况 （ 不含蒙西限电数据）， 累计弃风电量约为 10 亿 kWh，约占全年风电发电量的 2% ； 全年共发生 30 多起风电非正常脱网事故1 。 为解决此类问题， 各国电网运营商相继颁布了针对风电场和光伏电场的并网导则， 希望通过规范其输出特性来保障电网的稳定运行。 其中， 低电压穿越作为必须要满足的要求， 成为风电和光伏发电的技术难点之一。1. 2风电系统概述风力发电是通过风电机组将风能转换为电能加以利用的一种形式。 最早的风力发电机产生于 19 世纪晚期， 然而直到 20 多世纪 80 年代， 风电技术才相对成熟10 。 过去的 20 多年中，
37、 风电技术得到了快速发展， 风电转换效率不断提高、 风电机组生产成本不断降低， 单台风电机组容量已从几千瓦增加到几兆瓦。 与此同时， 风电产业也不断壮大， 全球的风电装机容量逐年攀升， 该能源利用方式已具备大规模开发的应用条件。 渗透率， 又称穿透率， 国际上用来反映新能源发电系统的利用水平， 通常采用两种计算方法： 一是新能源发电量占本地区全部用电量的比例； 二是新能源发电出力或装机容量占负载的比例。1. 2. 1风电产业的发展现状1. 2. 1. 1风电产业的发展规模在过去的 20 多年中， 全球风电的装机容量持续增长。 图 1 5 显示了截至 2011 年全球每年累计的风电装机容量11
38、。 从2001 年的24. 322GW 到2011 年的239GW， 全球风电装机容量年平均增长率超过了 20% ， 该趋势预计在未来数年内仍将保持。图 1 5 2001 2011 年全球每年累计的风电装机容量图 1 6a、 b 分别为截止到 2011 年累计和当年新增风电装机容量排名前 10 位的国家12 。 虽然欧洲整体风电装机容量一直保持领先， 但是中国、 美国和印度近年来风电装机容量增长迅速， 已达到世界领先水平。 尽管风电装机容量在逐年增长， 风电在总发电量中所占比例仍然较低。 例如， 2010 年， 美国风电仅能满足其电力总需求量的 2. 3% ， 我国的这一比例则仅为 1. 28
39、% ， 欧洲国家的比例相对较高， 德国为 6% 7% ， 西班牙为 16% ， 丹麦则超过了 20% 1 。图 1 6 2011 年累计和当年新增风电装机容量排名前 10 位的国家我国在全球风电产业中占有重要的地位。 图 1 7 显示截止 2011 年我国历年新增和累计的风电装机容量。 截至2011 年， 我国新增风电装机容量为17. 6GW， 年增长率为 39. 4% ， 总风电装机容量达到 62. 4GW， 超过全球风电装机容量的四分之一。图 1 7 2001 2011 年我国历年新增及累计风电装机容量2006 2011 年， 我国各行政区域累计风电装机容量如图 1 8 所示。 由于风资源
40、相对集中， 我国新增风电装机容量主要分布在华北、 西北和东北地区， 尽管全国总发电量中风电所占比例并不高， 但从区域电网规模来看， 风电的局部比例已较为可观。 目前， 我国东北电网风电利用水平已与德国相当， 为 6% 7% ； 蒙东电网风电利用水平与丹麦相当， 超过 20% ， 已达到世界较高水平1 。1. 2. 1. 2风电企业概况2010随着我国风电装机容量的迅速增加， 我国风电企业也迅速成长。 图 1 9 所示年全球市场份额排名前 10 位的风力机制造厂商中， 我国有华锐、 金风、 联合动力和东汽四家风电企业入围13 。整体来看， 我国风电开发主体相对分散， 国有企业、 民营企业、 外资企业及合资企业都积极投入风能资源开发， 其中五大发电集团市场份额相对较高； 我国风力机制造厂商数量较多， 市场相对分散， 除了图 1 9 所述企业， 若干民营和国有企业， 如明阳、 湘电风能、 上海电气等， 也积极投身风电机组的制造之中。 2011 年我国新增风电装机容量排名前 20 位的风电机组制造商及其市场份额见表 1 313 。可见， 我国新增风电机组的国产化比例已经较高。 CWEA （ China Wind Energy A