调频技术在风力发电中的运用

王虎成，张发（中广核风电内蒙古分公司，内蒙古呼和浩特　010010）



调频技术在风力发电中的运用

王虎成，张发
（中广核风电内蒙古分公司，内蒙古呼和浩特010010）

摘要：作为现代社会电网发电系统当中的重要技术，风力发电逐渐受到了社会的关注，并对之不停地加以改革和系统化，期待实现类似于传统电源发电的频率调节等功能。文章结合风力发电的当前状况以及调频技术在其中的合理应用，主要包括了变速风电机组转子惯性控制、超速控制、变桨控制以及组合控制四方面，并给出了在风力发电当中调频技术的合理运用需要关注的重点问题，希望能对风力发电的相关发展起到一定的作用。

关键词：调频技术；风力发电；运用

1　转子惯性控制技术

当前社会下的风力发电技术已经有了较好地发展，而它的发电机型主要有定速型和变速型两种。传统的风力发电机大多数都采用了鼠笼式发电机，这种风力发电机最大的优点就是能够主动为整个电力系统的运行提供必要的惯性支持，但是在另一方面，它的容量十分的小，而且在频率调节的过程中起不到任何作用。在两种风机当中，一般采用率较高的是变速型风电机，它具有很好的电力电子变流器控制功能，导致其机型波动范围一般较大。另外，由于它具有变速性质，在发电系统中操控起来也就自然显得方便灵活。由于风力发电技术并不是那么出彩，目前的风电能源一般会选择最大风能捕获以及控制的装置，在这样的状况下，风机只能运行于最大功率周围，无法采用调频的相关技术，更加无法有效合理的操控，也没有备用的容量，造成了很大的缺陷。尽管变速型风机具有很多缺陷和不足，但它本身可以进行良好的控制操纵，只要在控制目标以及策略上进行一定的调整完善，就可以充分的使发电机组适应系统频率的波动，并作出相应的反应，也就实现了频率调节功能。

2　转子超速控制技术

相对于转子的惯性控制而言，转子的超速控制可以更有效且全面地对转子运行的速度进行合理控制，也就可以使风机不再处于最大功率的点上，从而保留一部分的功率备用，并且可以将其用于频率调节当中。转子超速控制的技术目前主要包括对控制环节的设计与风机运行模式的改善，比如在现有的双馈风机使用中，转子超速控制的使用须在额定风速以下，同时转子超速控制可以有效增加辅助的频率控制。当风机的频率下降时，转子转速也会跟随下降，这样不仅可以通过部分动能的释放来调整提高频率反应变化能力，同时也可以大大增加整体机组的发电功率，在其中，也就实现了频率调节的功能。虽然转子超速控制具有以上的优点，但它在频率调节的过程中，存在着控制和操纵上的盲区。当风速达到甚至即将超过额定的数值后，机组会主动地通过对桨距角的控制来实现功率的平稳，此时转子转速的提高对功率已经失去了主要的提升作用，因此，转子超速控制的运行仅限于额定风速以下。

3　变桨控制技术

在风电发电现有的调频技术当中，在风力变化较大的地方一般会选取变桨控制的方式。变桨控制的使用首先是要对桨距角进行有效合理的操控，相应改变桨叶的迎风角度与整体输入的机械能量大小，它的位置也是处于最大功率点以下，也会留出一定的容量以供备用，从而对频率进行有效地控制。在风速较为稳定的情况下，桨距的角度越大，机组的备用功率也就越大。变桨技术在风力发电的运用当中，具有较强的灵活操控能力，调节范围也十分大，并且可以实现全风速下的功率控制。但是它的执行机构为机械部件，反应的速度十分不灵敏，而且桨距角变化不宜频繁，不然机组的机械很受到磨损，导致整体系统瘫痪。当前的变桨技术，主要应用于额定风速以上，虽然也会产生一定的维护修理费用，但是，它所带来的效益明显超于弊端。

4　组合控制技术

在风力发电的调频技术当中，比较新兴和热门的就是组合控制，也就是把上述的三种调频控制技术加以改善综合利用，实现控制整体的系统化。风电机组的惯性响应控制、超速控制和变桨控制各自都有自己一定的适用范围，并且有各自的优势和缺陷，运行条件也不一致。在现有的研究当中，最大功率点一般只用于中低风速，而在额定风速以下大都会采用转子超速控制。变桨控制虽然适应风速的变化，但一般只会用于风速大的地区。如果将这几项调频控制技术进行有效的改善和调节整合，就可以克服其中的各项缺陷，并有效地提升电网系统的发电功率。因此，在组合控制的方面，相关专家应进行合理的研究，并不断地加以系统实践，使其实现高效率的灵活控制。

5　结语

风电发电技术正处于蓬勃的发展当中，而其中的调频技术也越来越成为风电发展的关键，国家也越来越需要风电具有传统电源的功能，从而保障电力系统的安全稳定。在风力发电技术的进步中，频率调节技术显得尤为重要，需要进行全面的整改和完善。相关的专家应结合目前的几种控制方式，不断地加以调节和完善，克服它们所存在的缺陷以及运行的条件限制，从而使风力发电得以良性有效地发展。

参考文献

［1］柳伟，顾伟，孙蓉，等.DFIG-SMES互补系统一次调频控制［J］.电工技术学报，2012，（9）.

［2］赵国材，周前程.风能变换系统在电网频率调节中的应用仿真［J］.计算机系统应用，2012，（6）.

Application of FM Technology in wind Power Generation

WANG Hu-cheng，ZHANG Fa
（Inner Mongolia Branch of CGNPC wind Power CO.LTD.，Hohhot，Inner Mongolia 010010，China）

Abstract：In modern society，power grid power generation system as an important technology，wind power gradually gets attention from the society.Combining with the present situation of wind power and reasonable application of FM technology，mainly including the variable speed wind turbine rotor inertia control，speed control，pitch control and combined control，this paper gives important problems in reasonable application of FM technology to provide reference for wind power generation.

Key words:FM technology；Wind power；application

中图分类号：TM614

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0041-01

收稿日期：2016-04-27

作者简介：王虎成（1986-），男，内蒙古乌兰察布人，大学本科，助理工程师，主要研究方向：电气工程，电力系统。