风力发电的调频技术研究综述

梁利平

【摘要】随着风力发电调频技术的不断进步，研究其相关内容凸显出重要意义。本文首先介绍了风电机组一次调频控制，分析了风力发电调频技术应用的必要性。在探讨调频技术的经济效益的基础上，研究了风力发电调频技术发展前景。

【关键词】风力发电；调频技术；研究

一、前言

作为风力发电中的一项重要技术，调频技术在近期得到了广泛的应用。该项课题的研究，将会更好地提升调频技术的实践水平，从而有效优化风力发电的整体效果。本文从介绍风电机组一次调频着手本课题的研究。

二、风电机组一次调频控制

风电机组一次调频的控制方式有两种，一种是将一次调频值叠加到监控系统的功率给定值上，在监控系统中形成功率校正回路，即当调速系统中检测到频率超出死区后，直接调整调门（接力器）的开度，同时将一次调频所要变化的负荷值叠加到监控系统的功率给定值上，在监控系统中形成功率校正回路，使之不反调；另一种是当调速系统中检测到的频率超出死区后，直接调整调门（接力器）的开度，同时输出1个一次调频动作的信号到监控系统，监控系统将功率调节器切换到跟踪方式，调节器的设定值跟踪实际功率，当频率偏差回到死区范围内再由监控系统进行功率调节。一次调频将功率调节切到跟踪状态，与由于故障原因将功率调节切到手动状态有本质区别，一次调频将功率调节切到跟踪状态在频率偏差回到死区范围内自动进入调节状态；而因故障原因将功率调节切到手動需要检修人员将故障处理完毕，由运行人员确认后再投入自动状态。在这种方式下，机组在进行功率调节的同时，也可以进行一次调频，相当于一次调频与二次调频可以同时进行；机组在AGC控制时，一次调频功能也可以正常投入。一次调频功能优先，一次调频动作时闭锁功率调节。一次调频与二次调频本身没有矛盾，是可以同时实现的两个功能，当风电站选择了一次调频功能优先，一次调频功能动作时闭锁功率调节的运行方式后，风电机组AGC控制也只能采取这种方式，其原因是由于电网有负荷波动时网频超出死区，风电机组在响应一次调频的时间里中调将无法通过AGC或调度指令调度负荷。

三、风力发电调频技术应用的必要性

研究发现，风力发电发展前景广阔，其发电成本与常规电力基本接近，因此其逐渐受到世界各国的重视，对于其研究也逐渐深入。根据相关调查显示，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦，因此我们应不断加强风力发电技术的探索和实践，以为我国的经济发展提供能源保障。风力发电具有较为稳定的发电成本，对环境污染小，因此其发展前景较为广阔。

由于自然风速的大小和方向的随机变化，风力发电机组切入电网和切出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运动过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。风力发电系统的控制技术从定桨距恒速运行至基于变桨距技术的变速运行，已经基本实现了风力发电机组理想地向电网提供电力的最终目标。功率调节是风力发电机组的关键技术之一，功率调节方式主要包括定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三种控制方法。随着风力发电机组由定桨距恒速运行发展到变桨距变速运行后，风力发电机组控制系统可通过风速和风向变化对机组进行并网和脱网及调向控制，同时还可通过变距系统对机组进行转速和功率的控制，以提高机组的运行效率、安全性和可靠性，促进年发电数量和质量的提升。

四、调频技术的经济效益分析

1.节能效果显著

矿山风机选型设计时，用户、设计院及制厂均留有较大的裕度。用户实际需要的风量，经常在设计流量的80%以下。假如实际需要的流量为额定流量的80%，采用变频调速时消耗的能量只有不调速时的51%，节能49%，比用矿}f_I风机挡板调节可节能37%左右。

2.功率因数高

目前诵用弯频器普遍采用PWM（脉宽调制）控制，功率因数均在0.9以上。近几年推出的直接转矩控制的变频器，功率因数为0.95一0.970过去为提高功率因数采用同步电动机驱动的方案，现在可以用简单的笼型异步电动机加变频器的方案代替，价格并不比同步电动机及其励磁装置高，还可以收到节能、减少维护费及减少维修时间的效果。

3.使用功能完善

生产工艺流程对矿山风机调节提出的任何要求，变频器都可以实现。除可以实现常规的开、闭环控制外，对重要矿山风机的停电自动保护和矿山风机特有的喘振保护，变频器本身都可以轻易地实现。

4.保护功能齐全

对电网、变频器本身及电动机的各种故障和异常，都有完善的保护。自动诊断系统可自动报警并给出故障的原因，从而确保机组的安全运行。

5.可靠性高

可靠性高不单指笼型异步电动机结构简单、坚固及易维护；变频保护功能齐全，可避免损坏。更重要的是体现在变频技术的进步，确保调速系统的可靠运行上。高速实时检测电网、变频器和电动机的运行状态，对负载或电源干扰引起的状态变化做出迅速反应，使调速系统始终保持正常运行，并自动寻优。

五、风力发电调频技术的发展前景

1.中压变流器拓扑功率不断增大。根据近年的不断研究，为了使风力资源的成本降低和转换风力资源的效率，风力的涡轮发电机的发电功率得到了飞快的增长。器件的额定功率不断的得到提高，而且开关和导通也逐渐的改善，所以多电平变流器所具有的优点会不断的被人类所挖掘出来。风力发电的系统优劣是由开关损耗的导通损耗和比率所决定的，即使在工作中多电平变流器的导通受到较高的损害，但是它的开关频率却是十分的低，所以说它的开关损耗也会随之变得十分低。多电平变流器在使电压的额定值不断提高的过程中，可以把风力电场和风力涡轮的发电机身上的变流器之间的配电与网络相连接，所以就可以有效的把笨重的表压器所淘汰。

2.风力电场的具有的储能技术。风力电场可以很好的使风力发电在技术和经济上具有很强的吸引力，储能系统对维持电压频率具有很重要的作用，它不仅可以在15min之内为海量储能，还可以在很短的时间之内吸收和注入一定的能量。在整个风力发电的系统中包含了许多种的储能系统。关系到风力发电技术的蓄电池的储能系统，液态蓄电池是最好的蓄电系统，因为它可以很好的提供单位储能和送点成本的最佳状态，和之前的蓄电系统进行比较，液态蓄电池系统的优势主要是很好的使澳和锌两种化学材料之间发生的化学反应结合起来，这样的蓄电池可以很好的使能量密度高于铅酸的蓄电池系统。并且在一定程度上节省了体积和重量，重要的是它的功率特性可以通过不一样的影响使性能发生不同的改变。

3.海上的风力发电。风力涡轮的发电技术将不断的朝着离岸的趋势发展，因为海上的风能资源是十分丰富的，在海水较浅的地方可以安装风力的涡轮发电机进行发电，最重要的是，在离岸安装涡轮发电机，发电所产生的能量非常巨大，可以多出在陆上的涡轮发电机能量的一倍左右。用传统的空气流通的热量可以很好的使输电系统得到调节，进而解决电阀和风电场的相连，在高压直流把输电连接到电网和电场组织的时候，电同时被运送到了负载中心。

六、结束语

通过对风力发电的调频技术的相关研究，我们可以发现，调频技术的多项优势特点决定了其在实践中的地位，有关人员应该从风力发电的客观实际需求出发，充分利用既有优势，研究制定最为符合实际的调频技术应用实施方案。

参考文献：

[1] 孟卫东，李平，司林波.我国风电设备整机制造业的现状及对策分析[J].燕山大学学报.2010（02）：51-54.

[2] 肖海航，王金伟.风力发电技术研究[J].世界金属.2011（25）：88-89.

[3] 田琳.为突破并网瓶颈国家“十二五”将发展低风速风场[J].中国能源.2O11（17）：112-113.