风电场电能质量综合监测专业系统设计.doc

分 类 号：TM711 单位代码： 10422
密 级： 学 号： 12270

硕 士 学 位 论 文
Shandong University Master’s Thesis

论文题目：
基于LabVIEW风电场电能质量综合监测系统
Power Quality Monitoring System in Wind Farm Based on LabVIEW

作者姓名
曹 永 镇
专业
电力系统及其自动化
指引教师姓名
专业技术职务
田立军 专家

年 4 月 10 日
原 创 性 声 明
本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在导师指引下，独立进行研究所获得成果。除文中已经注明引用内容外，本论文不包括任何其她个人或集体已经刊登或撰写过科研成果。对本文研究做出重要贡献个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明法律责任由本人承担。

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论文作者签名： 导师签名： 日 期：

目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外风电发展及研究现状 3
1.3 对电能质量进行检测意义 7
1.4 虚拟仪器技术及其在电力系统中应用 9
1.4.1 虚拟仪器概述 9
1.4.2 LabVIEW概述 10
1.4.3 虚拟仪器在电力系统中应用 11
1.5 本文重要工作 11
第二章 风电机组类型、特点及其对电能质量影响 12
2.1 风电机组构造及分类 12
2.1.1 恒速风电机组 13
2.1.2 双馈感应风电机组 14
2.1.3 多级永磁风电机组 14
2.2 风力发电特点 15
2.3 风电场并网对电网电能质量影响 16
2.3.1 风电场引起电压波动和闪变 17
2.3.2 风电场引起谐波问题 18
2.3.3 风电场电能质量检测需要解决问题 18
2.4 小结 19
第三章 系统硬件设计 20
3.1 硬件系统总体设计 20
3.2 硬件选用 20
3.3 信号调理 22
3.4 小结 24
第四章 风电场电能质量综合监测系统算法及软件设计 25
4.1 系统程序总体构造 25
4.2 系统主程序及顾客界面设计 25
4.3 各个电能质量指标检测算法选用及子程序设计 27
4.3.1 老式电能质量指标检测算法及程序设计 27
4.3.2 谐波检测算法及程序设计 31
4.3.3 电压暂降检测算法及程序设计 36
4.3.4 电压波动与闪变检测算法与程序设计 38
4.4 数据存储 46
4.5 小结 47
第五章 结束语 48
5.1 结论 48
5.2 展望 49
参照文献 50
道谢 55

摘要
在能源短缺当今世界，风能作为一种取之不尽、用之不竭新能源，由于它可再生性和无污染长处，成为最有诱惑力一种新能源，引起各种国家注重。中华人民共和国也加大了开发和运用风能力度。
随着将来风电场规划装机容量不断增长，风力发电对接入电网电能质量影响不容忽视。严重时，甚至会对局部电网或弱电网安全稳定性导致危害。因而，风力发电监测系统和控制技术开发研究显得更为迫切。因而，有必要开发风电场电能质量综合监测系统，对既有风电场电能质量进行检测、分析，为风电场治理、改进电能质量提供根据，这对风电场接入电网现状研究以及风电与电网和谐发展具备极其重要意义。
本文一方面简介了国内外风力发电发展状况，以及对风电场电能质量问题进行监测必要性。另一方面，通过度析风电机组构造及其运营特性，总结风电场存在电能质量问题及特点。然后，结合风电场电能质量特点，选用适当硬件，比较、分析各种电能质量检测算法，选用适当算法。针对风电场电压波动频率重要集中在低频段，而当前广泛使用检测算法在低频段精度较差状况，本文采用抵消基波办法对电压波动与闪变进行检测，并通过仿真分析证明该办法的确在低频段具备优势。最后本文结合有关硬件、算法以LabVIEW为平台研究开发了风电场电能质量综合监测系统，采集电压、电流信号，并对电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压暂降、电压波动闪变六个指标进行检测。文中阐述了系统硬件构成方案和软件编程办法，对系统设计方案进行了详细简介，描述了系统所要实现重要功能。并给出了系统重要功能模块设计流程以及核心技术办法。
本系统开发周期短，测量精度高，具备良好可视化人机交互界面，并可以以便地增减、修改系统功能和规模，为顾客提供了高度灵活性和易用性。
核心词：风电场；LabVIEW；电能质量；电压波动；电压暂降

Abstract
Now the world is suffered from the shortage of energy. Wind energy，as a new energy，is inexhaustible and free. It’s the most attractive new energy for its advantages of renewable and without-pollution. It arouses the attention of many countries. China is also one of them，and it enhances its research and utility on wind energy.
Among with the continuous increasing of power capacity in future wind energy generation programming，the harm to the connected power grid，which is caused by the wind farm，will become to be more important and not allowed to be neglected. It will even damage the safety and stability of weak power grid when the harm is serious. Hence，the research and development of wind power generation supervising system and its related control technology appears to be more urgent. Thereby，it’s necessary to excogitate a power quality monitoring system for the wind farm to analyze and evaluate the power quality of the present win farm，which is a very important meaning for the research of the grid-connected wind power generation unit and the harmonious development between wind power and grid.
First of all，this thesis introduced the trend of wind energy generation inside and outside of the world，and the necessity of monitoring the power quality of the win farm. Secondly，by analyzing the wind turbine structure and operating characteristics，summarizing the power quality problems of wind farm and its characteristics. then combined the characteristics of the power quality of the wind farm，the hardware and methods are appropriately chosen. According to the situation that voltage fluctuations of wind farms are mainly in the low frequency band，the arithmetic which is now widely used has a lower accuracy in this band，this thesis used the arithmetic by counteracting the fundamental wave to test voltage fluctuation and flicker，then simulated this method to prove it has high accuracy in low frequency band. At last，with these hardware and methods the power quality monitoring system in wind farm is developed using LabVIEW in this thesis，which collects voltage and current signals and tests voltage deviation，frequency deviation，harmonics，unsymmetrical，voltage sag，voltage fluctuation and flicker. The hardware composition and software programming are expounded，the plans of the client computer and the host computer are particularly introduced，and the main functions of the system are described. The main modules and the key technical measures of the system are explained.
This system has the advantages of short development cycle，high accuracy，interactive interface with good visualization and its function and scale can be changed and modified easily，which provides a high mobility and has the advantages of easy control.
Keywords：wind farm；LabVIEW；power quality；voltage fluctuation；voltage sag

第一章 绪论
1.1 研究背景
随着社会经济发展，人类对能源需求量越来越大，特别像中华人民共和国这样发展中华人民共和国家，由于经济迅速发展，特别是工业、重工业迅速发展，对能源消耗量也飞速增长，而煤、石油等矿物燃料储量是有限，随着矿物燃料大量开采、使用，导致了能源危机、环境污染等一系列严重后果。于是人们逐渐将目光转向了风能、太阳能等无污染、可再生能源上来。经济界权威人士在综合分析了科学技术发展、全球环境制约，以及经济和政治等方面影响后指出:如果说2 0 世纪是石油世纪，2 1 世纪将进入以太阳能、风能和水能等为主绿色可再生能源世纪。
据专家预计，地球上所受太阳辐射能大概有2%转换成风能，若用于发电，则装机容量可达10TW，每年可发出电力13PW∙H[1]。

图1-1 国内有效风功率密度分布图
如图1-1所示，国内风能资源丰富，全国陆地可运用风能资源3亿千瓦，加上近岸海域可运用风能资源，共计约10亿千瓦，发展潜力巨大。风能功率密度在以上地区覆盖了半个中华人民共和国，资源分布很广，在东南沿海、山东、辽宁沿海及其岛屿年平均风速达到6～9米/秒，内陆地区如内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花江下游也属于风资源丰富区，在这些地区均有较好开发运用条件[2]。
现如今环境恶化日益加剧，空气污染、温室效应等问题严重影响着人们生存环境，人们越来越注重所生存、居住环境改进，环保意识不断增强，迫切需要某些清洁、无污染、可再生新能源。在当前众多可再生能源技术开发中，发展最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景、最具竞争力、潜力最大就是风力发电。风能是一种取之不尽、用之不竭免费且可靠新能源。与常规能源相比，由于它可再生性和无污染长处，在能源短缺当今世界，它是最具备诱惑力一种新能源[2-6]。
风能作为一种无污染、可再生清洁能源，对二氧化碳减排、发展低碳经济也有着重要作用。据关于资料记录， 每装一台单机容量为1MW风力发电机组， 每年可以减少排放吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。以德国为例，仅风力发电每年使二氧化碳排放量减少了2260万吨，为德国竭力实现《京都议定书》减排目的做出了巨大贡献[7]。
国内为了大力发展风电等可再生能源，采用了许多有关办法，如征收可再生能源附加费，可再生能源要优先调度、优先上网等，6月1日实行《上网电价管理暂行办法》规定电网公司按政府定价或招标价格优先购买风电，8月财政部发布实行了《风力发电设备产业化专项资金管理暂行办法》，采用“以奖代补”方式支持风电设备产业化。该办法规定了对符合支持条件公司首批50台MW级风电机组，按600元/kW原则予以补贴。这些政策、制度为风力发电迅速发展提供了良好条件。
自20世纪80年代以来，大、中型风电场并网容量发展最为迅猛，对电力系统运营导致影响逐渐加大，由此提出了一系列值得关注和研究问题。电能质量问题就是其中一种非常重要课题。风电场多采用异步发电机，异步发电机有功出力有很强随机性，随风速变化。同步，异步发电机运营时需要吸取系统无功功率，为系统无功负荷，其大小也为不拟定量，从而给接入系统电网运营带来诸多常规机组所没有影响[8-26]。
风力发电机组发出有功功率普通会引起配电系统电压升高。采用可调压风力发电机组可避免配电系统电压控制设备方面投入。异步风力发电机组需要消耗接入电网无功功率。为了减少消耗无功功率，普通异步电机组都配有补偿电容器组，无功功率消耗减少将导致电压上升，这种影响在分析电网稳定性时是需要加以考虑因素。由于阵风等因素影响，引起输出功率变化，输出电流发生变化，导致电网电压波动。对于采用最大风能捕获当代风力发电机组，这种电压波动特别明显。在大型风电场，由于多机组平均作用，使用电压较高专用线上网，风速对电网电压波动影响会相对小些。而对于风电机组少、单机容量大小型风电场，风速对电网电压波动影响会很大。大功率开关器件普遍采用使得风电电能中具有大量谐波，特别是那些通过电力变换器而接入电网发电机组。因而，大型风力发电场对接入电网影响将是一种普遍问题。
1.2 国内外风电发展及研究现状
1891年，风力发电创始人丹麦拉库尔专家用风轮驱动了两台9 k W直流发电机，建成了世界上最早风电场， 但直到20世纪70年代此前，只有小型充电用风电机组达到实用阶段。而近几年风电系统从电力产业中异军突起，开始，兆瓦级以上交流励磁变速恒频双馈风力发电机组逐渐成为国际风电市场主流产品。近海风电场发展，又使风电机组单机容量进一步上升到3.6，4.2，4.5和5 MW。
依照全球风能理事会( GWEC)记录数据，截止到12月底，全球总装机容量已经达到了1.21亿千瓦；，全球风电增长速度为28.8%，新增装机容量达到2700千瓦，同比增长36%。图1-2为1997-全球各年新增和合计装机容量状况。

图1-2 1997－全球各年新增和合计装机容量状况
欧洲、北美和亚洲依然是世界风电发展三大重要市场，三大区域新增装机分别是：8877、8881和8589兆瓦，占世界风电装机总容量90%以上。美国超过德国，跃居全球风电装机首位，同步也成为第二个风电装机容量超过万千瓦风电大国。世界各国合计及当年新增风电装机容量排名如表1-1、表1-2所示[27]。
表1-1 合计装机容量排名
国家
容量（MW）
增长（%）
美国
25170
20.8
德国
23903
19.8
西班牙
16754
13.9
中华人民共和国
12210
10.1
印度
9645
8
意大利
3736
3.1
法国
3404
2.8
英国
3241
2.7
丹麦
3180
2.6
葡萄牙
2862
2.4
10国总计
104104
86.2
其她地区总计
16686
13.8
全世界总计
120791
100

表1-2 新增装机容量排名
国家
新增装机容量（MW）
增长(%)
美国
8358
31
中华人民共和国
6300
23
印度
1800
7
德国
1665
6
西班牙
1609
6
意大利
1010
4
法国
950
4
英国
836
3
葡萄牙
712
3
加拿大
523
2
10国总计
23763
88
其她地区总计
3293
12
全世界总计
27056
100

国内是世界上风能运用古国之一，运用风能历史虽然悠久，但研制当代风力机是始于20世纪50年代末，50年代末至60年代初，浮现了风力研制一种高潮，从70年代末期开始至今，国内风能运用研究进入一种新发展阶段。1986年4月，国内第一种示范风电场在山东荣成并网发电，从1989年起全国各地陆续引进机组建设风电场，装机容量逐年增长，至国内风电装机容量如图1-3所示，

图1-3 －中华人民共和国年度风电装机容量
截至国内已持续四年年度新增装机容量翻番增长。经初步计算，底，中华人民共和国除台湾省外合计安装风电机组1.16万多台，合计装机容量1.2153万兆瓦，已跻身世界风电装机容量超千万千瓦风电大国行列 ，并超过印度，成为亚洲第一、世界第四风电大国。中华人民共和国已成为全球发展最快、最具潜力风电市场之一。随着国内风电设备制造业产能扩大，国产风电机组在市场上占有率逐渐提高 ，国内当年安装风电机组市场份额中，国产机组装机容量初次超过外资公司，达到55.9％，进一步增长到75％。
表1-3 国内新增和合计装机容量状况
省（市、自治区等）
合计（kW）
新增（kW）
合计（kW）
内蒙古
1563190
2172250
3735440
辽宁
515310
734450
1249760
河北
491450
619250
1110700
吉林
612260
457200
1069460
黑龙江
408250
428050
836300
江苏
293750
354500
648250
甘肃
338300
298650
636950
新疆
299310
277500
576810
山东
350200
222100
572300
宁夏
355200
38000
393200
广东
287390
79500
366890
福建
237750
46000
283750
浙江
47350
147280
194630
山西
5000
122500
127500
云南
0
78750
78750
北京
49500
15000
64500
海南
8700
49500
58200
河南
3000
47250
50250
江西
0
4
4
上海
24400
15000
39400
湖北
13600
0
13600
重庆
0
1700
1700
湖南
1650
0
1650
香港
800
0
800
全国（除台湾）
5906360
6246430
12152790
究竟，全国已有25个省区（含台湾）在风力发电中占据了一定份额，其中，内蒙、辽宁、河北、吉林、黑龙江、江苏等省区无论从新增装机容量还是从合计装机容量方面都位居前列。除上述省份之外，纳入国家千万千瓦级风电基地规划此外两个省份甘肃和新疆，以及山东省新增装机容量也均超过20万千瓦，使得合计装机容量超过50万千瓦省份达到9个，超过100万千瓦省份达到了4个。从市场份额来看，国内风电市场比较集中，内蒙古和东北三省分别占据国内市场30％和25％，两家共计占据市场份额55％。处在风电市场支配地位。另一方面是河北、江苏、甘肃、山东和新疆，其市场份额都在5％以上。某些新兴市场也在形成，山西、河南和江西等地也实现了零突破。国内除台湾外各省新增和合计风电装机容量如表1-3所示。
1.3 对电能质量进行检测意义
随着现今经济迅速发展，电力顾客为满足其对产品个性化、多样性生产需求，从最大经济利益出发，在大功率、冲击性、非线性负荷迅速增长同步，更大规模地采用科技含量高器件、设备与技术。越来越多电力顾客采用了微电子技术、计算机技术、电力电子技术、数字控制自动化生产线等。
随着微电子技术和电力电子技术发展，基于电力电子技术装置和设备在当代工业中得到了广泛应用，同步直流输电、电气化铁路等冲击性负荷不断增多，尚有各种大型用电设备起停，都对电网电能质量产生严重污染；但另一方面，随着高新技术，特别是信息产业发展，顾客使用当代新型负荷设备，多是基于微解决器敏感性控制设备，它们对电能质量问题非常敏感对电能质量规定越来越高。电能质量若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电设备带来不同限度危害，对用电公司导致重大经济损失。使某些过去不受注重电能质量问题变得不容忽视[28]。
电能质量重要指标有电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压波动与闪变以及电压暂降等其产生因素及危害如表1-4所示[29]。

表1-4 各种电能质量问题产生因素及危害
类型
产生因素
危害
电压偏差
过负荷，无功过剩，电源电压偏高
（1） 设备运营性能恶化，效率减少；
（2） 设备损坏，寿命减少；
（3） 生产效率减少；
（4） 电压不稳定，严重时导致电压崩溃；
（5） 影响产品质量和产量；
（6） 绝缘受损；
（7） 有功损耗、无功损耗以及电压损失增长
频率偏差
发电机转速变化
（1） 产生电机转速偏差；
（2） 通信设备误码率上升
谐波
非线性负荷；固态开关负荷
（1） 设备产生附加损耗；
（2） 影响电气设备正常工作；
（3） 电机产生机械振动和噪声等；
（4） 电气设备局部严重过热；
（5） 电网谐振；
（6） 继电保护和自动装置误动作；
（7） 电气测量仪表计量不精确；
（8） 干扰设备附加通信系统
三相不平衡
三相不平衡负荷
（1） 电子设备算坏；
（2） 继电保护和自动装置误动作；
（3） 变压器铁损加大，变压器发热、容量减小；
（4） 顾客对功率需求加大，增长顾客用电量
电压波动与闪变
电弧炉、电机启动
（1） 伺服电机运营不正常；
（2） 大波动会使设备产生谐振，给设备导致严重损伤；
（3） 计算机工作不正常，引起电机反转
电压暂降
远端发生故障，电动机启动等
（1） 影响许多特殊行业生产过程，降
低生产工效和产品质量，导致直接
经济损失；
（2） 计算机工作不正常，引起电机堵转；
（3） 减少元器件使用寿命，击穿电子
设备；
（4） 导致设备损坏
对电能质量进监测，及时、全面掌握系统运营状况，可以有针对性采用相应治理办法，提高电能质量水平，减少损失。
1.4 虚拟仪器技术及其在电力系统中应用
1.4.1 虚拟仪器概述
虚拟技术、计算机技术与网络技术是信息技术最重要构成某些，它们被称为21世纪科学技术中三大核心技术[30]。
美国NI公司于20世纪80年代中期一方面提出了“软件就是仪器”这一基于计算机技术虚拟仪器概念。这个概念为顾客定义、构造自己仪器系统提供了完美解决途径。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机融合为一体，从而把计算机强大计算解决能力和仪器硬件测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件成本和体积，并通过软件实现对数据显示、存储以及分析解决。当硬件平台I/O接口设备与计算机拟定后，编制某种测量功能软件后计算机就成为该种功能测试仪器。由于虚拟仪器与计算机技术同步发展，与网络及其她周边设备互联，因此顾客只需变化软件程序就可以不断赋予它或扩展增强它测量功能。这就是说，仪器设计制造不再是厂家专利。虚拟仪器开创了仪器使用者可以成为仪器设计者时代，这给仪器使用者带来了无尽收益。
虚拟仪器重要特点有[31-33]
（1）尽量采用通用硬件，各种仪器差别重要是软件。
（2）可充分发挥计算机能力，有强大数据解决功能，可以创造出功能更强仪器。
（3）顾客可以依照自己需要定义和制造各种仪器，研制周期大大缩短。虚拟仪器技术浮现，打破了老式仪器由厂家定义功能，顾客无法变化固定模式，虚拟仪器技术给顾客一种充分发挥自己才干、想象力空间。顾客可以随心所欲依照自己需求，设计自己仪器系统，满足各种各样应用需求。
（4）比老式仪器更加开放、灵活，可与网络及周边其她设备互联。
（5）具备良好性价比，虚拟仪器价格相对于同类功能老式仪器价格要便宜得多，并且技术更新快。顾客有时甚至不用更改任何硬件，只需改动或应用相应软件模块即可构成新虚拟仪器系统。
（6）虚拟仪器区别于老式仪器最大特点在于：虚拟仪器核心是软件。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为理解决信号输入输出，软件才是整个系统核心，任何一种顾客都可以通过改写软件办法，以便变化和增减仪器系统功能，即“软件就是仪器”。
虚拟仪器作为21世纪仪器，具备编程灵活、可自定义、数据解决和分析功能强大、开发周期短等长处，推动着测控技术革命，在电力系统测量、控制方面有辽阔应用前景。
1.4.2 LabVIEW概述
NI公司虚拟仪器平台——LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种图形化编程语言——普通称为“G”编程语言，是当前应用最广、发展最快、功能最强图形化软件集成开发环境[34-35]。
LabVIEW作为一种强大虚拟仪器开发平台，广泛被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一种原则数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了GPIB、VXI、RS-232和RS-485合同硬件及数据采集卡通讯所有功能，并内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件原则库函数。使用LabVIEW编制程序由前面板（Front Panel）、程序框图（Block Diagram）和图标/连接器（Icon/Connector）三某些构成。因而，LabVIEW是一种功能强大且灵活软件，运用它可以以便地组建自己虚拟仪器，从而大大提高工作效率。
LabVIEW重要特点有：
（1）具备图形化编程方式，是真正面向科学家和工程师语言。
（2）提供了大量虚拟仪器和函数库来协助编程。
（3）采用老式调试手段和新颖高亮显示，更有助于编程人员调试。
（4）囊括了各种仪器通信总线原则所有功能函数，以便了那些不懂总线原则顾客也可以驱动不同总线原则接口设备与仪器。
（5）强大网络功能，支持惯用网络合同，可以进行网上发布以及远程监控仪器。
1.4.3 虚拟仪器在电力系统中应用
虚拟仪器在电力系统中应用越来越广泛，对提高电力系统自动化水平起到了重要作用。
虚拟仪器在电力系统中应用最多是在测量领域中[36-37]，它不但可以完全代替老式仪器，并且具备许多老式仪器所不具备功能。特别对于某些非原则或超常规测量、测试规定，应用虚拟仪器技术可以起到非常明显效果。
文献[38-41]简介了LabVIEW在电能质量检测中应用，文献[42-43]简介了虚拟仪器在互感器等设备校验中应用，文献[44-45]简介了虚拟仪器在电力系统故障诊断中应用。
此外，虚拟仪器软件在电力系统仿真和电力系统专业教学中也被越来越广泛采用，许多高校和科研院所都专门成立了虚拟仪器实验室。
1.5 本文重要工作
跟据国内风力发电发展状况，以及风电场存在电能质量问题，本文重要作了如下几种方面工作：
（1） 简介了风电机组构造、运营特性，产生电能质量问题因素，分析风电场电能质量特点。
（2） 结合风电场电能质量问题特点，以及有关原则，分析各种检测算法，选用适当算法。本文针对风电场电压波动频率重要在1～3Hz低频段，而当前广泛使用IEC推荐IEC闪变检测原理在低频段精度较低状况，采用了抵消基波办法，并对这两种办法进行仿真比较，证明抵消基波办法在低频段具备较高精度，更合用于风电场电压波动与闪变检测。
（3）结合NI公司信号调理箱、数据采集卡等有关硬件，以LabVIEW为软件开发平台，开发风电场电能质量综合监测系统。

第二章 风电机组类型、特点及其对电能质量影响
2.1 风电机组构造及分类
风电机组重要由如下几种某些构成：
机舱：机舱包容着风电机核心设备，涉及齿轮箱、发电机。
转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。
齿轮箱：齿轮箱两边分别为低速轴和高速轴。
偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。
电子控制器：包括一台不断监控风电机状态计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机过热），该控制器可以自动停止风电机转动，并通过电话调制解调器来呼喊风电机操作员。
液压系统：用于重置风电机空气动力闸。
冷却元件：包括一种电扇，用于冷却发电机。此外，它包括一种油冷却元件，用于冷却齿轮箱内油。某些风电机具备水冷发电机。
塔：风电机塔载有机舱及转子。普通高塔具备优势，由于离地面越高，风速越大。
风速计及风向标：用于测量风速及风向。
以上是风电机组重要构成某些，不同类型风电机组其构造有所不同。
风电机组可以按照其运营方式、控制原则或拓扑构造不同进行不同办法分类，依照发电机转速性质可以分为定速风电机组和变速风电机组;依照风力机叶片桨距控制原理，可分为失速型定桨距风电机组和变桨距风电机组;依照发电机类型可分为以鼠笼式异步电机作发电机、以双馈式异步电机作发电机和以多极永磁同步电机作发电机风电机组;依照与电网连接方式可分为直接连接和通过变流器连接两种形式;依照传动机构分类可分为升速型和直驱型。
综合上述分类办法，当前风电机组可以基本划分为下面几种重要机型[46]：
（1）基于普通异步发电机恒速风电机组
（2）基于双馈异步发电机变速、变桨距控制风电机组
（3）基于永磁同步发电机变速、变桨距控制风电机组
分析风力发电电能质量问题，一方面要考虑风力发电机类型不同，每种机型均有其特点,不同风电机组工作原理、数学模型都不相似，因而，分析办法也有所差别。
2.1.1 恒速风电机组
基于鼠笼式异步发电机风电机组技术成熟、构造简朴、易于维护、操作以便、没有复杂控制，始终以来都是全球风电市场上主力机型，特别是初期运营风电场基本都采用这一机型，其构造如图2-1所示。

图2-1 恒速风电机组构造
基于鼠笼式异步发电机风电机组由三叶片风力机、齿轮箱、普通异步发电机、机端并联补偿电容器和控制系统构成。此类风电机组普通只能在很小转差变化范畴内运营，因而普通被称作定速风电机组。风力机恒速运营时不能保证在所有风速下都能产生最大功率输出。
恒速恒频风力发电机重要缺陷有如下几点 一是风力机转速不能随风速而变，风力发电机组运营在风能转换最佳状态下几率比较小，从而减少了对风能运用率。二是当风速突变时，巨大风能变化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机械应力。三是并网时也许产生较大电流冲击而当前恒速机组，大某些使用异步发电机，在发出有功功率同步，还需要消耗无功功率，普通是安装电容器，以补偿大某些消耗无功功率。
2.1.2 双馈感应风电机组
为了在变动风速状况下获取最大能量，促使人们将变速恒频技术应用于风力发电机组。当前应用最为广泛变速机组为采用双馈异步发电机变速风电机组，这种机组也是本文重要讨论对象。这种机组普通都是采用浆距控制技术，由于风力机变速运营,其运营速度能在一种较宽范畴内调节，使风机风能运用系数得到优化，获得高系统效率；可以实现发电机较平滑电功率输出；发电机自身不需要此外附加无功补偿设备，可实现功率因数一定范畴内调节，例如功率因数从0.95领先到0.95滞后范畴内，因而具备调节无功功率出力能力。
基于双馈异步发电机变速风电机组构造如图2-2所示，

图2-2 双馈异步发电机组构造
该机型重要涉及如下几大某些：双馈感应发电机、桨距控制风力机、低速轴( L S )、齿轮箱、高速轴( H S)、转子侧变流器、直流环节和电网侧变流器。除了定子直接接入电网以外，其转子也通过变频器与电网相连，通过变流器实现发电机有功、无功功率解耦控制，使风电机组具备变速运营特性图[47-48]，其运营状态可以分为：次同步运营、同步运营和超同步运营，由于很容易实现次同步转速发电，因而具备无功调节能力。
2.1.3 多级永磁风电机组
近几年来,直接驱动技术在风电领域得到注重，由于其具备诸多技术方而长处，特别是采用永磁发电机技术，其可靠性和效率更高，处在当今国际上领先地位，在此后风电机组发展中将有很大发展空间。
多极永磁风电机组构造如图2-3所示，这种风力发电机组采用多极发电机与叶轮直接连接进行驱动方式，从而免除了齿轮箱这一老式部件，这样可大大减少系统运营噪声。大型风电机组实际运营经验中,齿轮箱是故障率较高部件。采用无齿轮箱构造则避免了这种故障浮现，可以大大提高风电机组可靠性，减少风电机组载荷，提高风电机组寿命。

图2-3 多极永磁风电机组构造
直驱型变速恒频风力发电系统发电机多采用永磁同步发电机，其转子为永磁式构造，无需外部提供励磁电源，提高了效率其变速恒频控制也是在定子电路实现，把永磁发电机发出变频交流电通过变频器转变为与电网同频交流电，因而，变频器容量与系统额定容量相似。
尽管由于直接耦合，永磁发电机转速很低，使发电机体积很大，成本较高，但由于省去价格更高齿轮箱，因此，整个系统成本还是减少。
2.2 风力发电特点
风力发电场与其她电厂不同，具备如下特点：
(1) 单机容量普通比较小，机组台数较多。当前国内一种风力发电场普通由数十台或数百台容量为几十至几百kW级风力发电机。