风力发电及其控制技术研究

许乔

摘要：风力发电是形成清洁能源的主要方式，满足现今我国能源发展绿色、环保的要求。为了能够获得更好的发电效果，做好控制技術的应用十分关键。在本文中，将就风力发电及其控制技术进行一定的研究。

关键词：风力发电；控制技术；研究

1 引言

在社会不断发展的过程中，对于能源也具有了更大的需求。在新的发展背景下，做好可再生能源的开发十分重要，包括有水能、潮汐能以及风能等。其中，风力发电是现今绿色发电当中的一项主要技术，需要能够做好其技术的应用把握。

2 变速恒频风力发电

2.1 恒速恒频发电技术

在恒速横频发电中，通常通过笼型异步为发电机并网运行，风力机传给电机后，其功率会存在随着风速不断增加的情况，且输出功率也具有增加的特点。当转子速度超出同步转速5%时，则具有最大的输出功率。当实际转速超出该值时，异步发电机则将因此进入到一个不稳定区当中，并因此形成较小的反转矩，进而形成较高的转速。同时恒速风力机在转速不变的情况下，风速经常发生变化，则会使风能利用值存在过高的情况，以此使电机处于低效状态。

2.2 变速恒频风力发电

对于变速恒频发电技术来说，其非常适合应用在水力以及风力等能源开发领域中。对于风能来说，其是一种爆发性、不稳定性以及随机性特点的能源。对于恒速恒频方式来说，其仅仅能够运行在固定的转速中，当风速发生变化时，风能捕获率也间随之下降，进而对风能资源产生了较大的浪费。而通过对变速恒频发电方式的应用，则能够联系最大风能要求对转速进行实时的调节，在保证其始终在最佳转速运行时对发电效率进行提升。在变频恒速系统中，风力在变化的过程中则会将多余能量在机械惯性中存储，以此对机械应力、疲劳损害情况进行减少，能够有效的提升使用寿命。同时，能够控制机组的无功功率以及有功功率，以此有效的改善机组动态性能，且能够对电网同机组间的柔性连接目标进行实现。

3 风力发电控制技术

3.1 交-直-交发电技术

该技术是一套风力发电系统，电网在发电机之间具有变频率以及变压器，在风速变化的过程当中，发电机的转速也将随之发生变化，对频率变化的电流进行发出。交流电在传输中，在通过整流器对其进行直流的处理，之后经过逆变器实现对恒定频率交流电的转换，之后将电能实现对电网的输送。

3.2 变速横频发电系统

在该系统当中，由双向变换器、控制电路以及双馈感应发电机这几部分组成。其中，发电机定子并到电网上，转子通过进线电抗器、励磁变换器同电网连接。在具体工作当中，风力机先将风能实现对机械能的转化，之后经过机械转动实现对电机转子的的传递。在该过程中，共具有两个变换器向转子实现适合励磁电流的提供，通过该方式对机械能对于电能的转化目标进行实现，之后通过定子绕组实现对电网的输送。在该方案应用当中，即在转子电路中实现变速横频控制目标，在此过程中，流过转子电路的功率也是电机转速范围具有关联的转差功率，其仅仅是定子额定频率的一部分，并因此在成本方面具有了较大的降低。在交流励磁双馈型异步发电机中，所具有的控制方案在对变换器容量减少、对变速横频控制进行实现的同时在磁场矢量控制下也能够对P、Q解耦控制目标进行实现，以此对于电网即能够实现无功补偿作用的发挥。

3.3 风轮控制技术

在风力发电系统当中，要想获得更高的转化率，即需要能够在获取风能当中的消耗量进行降低。对于风轮来说，其控制技术有：第一，叶尖速比控制。在风力影响下，风轮叶尖端的转动线速度即为叶尖速，叶尖速同该时段风速之间的比值即是叶尖速比。在实际控制中，即需要能够对该比值进行控制，通过该方式实现对风机系统的优化。在风速差异影响下，即需要能够在该基础上对最佳的叶尖速比进行确定，在此过程中，因不能够对自然风的大小、速度进行调节控制，即需要通过对叶尖速的调整实现功能，包括调整风轮转矩等，以此在对风轮边缘速度进行调节的情况下实现叶尖速比的优化目标；第二，功率信号反馈控制。该方式在实际应用当中能够对风轮的功率信号进行控制。在具体风轮运行中，条件在变化的过程中也将改变其实际条件，这也是应用功率信号反馈控制方式的基础。在具体工作中，要通过对功率关系的分析绘制最大功率曲线。在实践中，通过系统实际输出功率同最大功率间的比较，即能够获得两者之间的差值，以此为基础上对风轮浆矩进行控制，保证具有最大的风轮运行效率。该技术在实际应用中能够对控制成本进行有效的降低；第三，爬山搜索控制。在该方式中，即控制风机的功率点，其整个图形类似抛物线，抛物线的最高位置即是其所具有的最大功率点。如果在实际工作当中无法确定工作点位置，则可以对风轮的转动速度进行适当的增加，通过该方式对系统输出直流功率进行改变。

3.4风力发电机控制技术

在风力发电过程中，风能是发电的重要能量来源。当同地面具有较大距离时，风力更大，对此，即需要能够在高空位置完成能量转化任务。对于发电机以及相关设备，在实际运行中需要对工作效率进行尽可能的提升，以此实现其重量的减轻。对于永磁发电机来说，其在实际运行中具有较高的效率与损耗，在现今风力发电系统当中应用广泛，在现今工作中，可以通过模块化方式的应用制造电机，以此降低制作成本。同时，在对系统电机进行控制时，也可以对矢量控制方式进行应用，该方式在实际应用中，即能够有效的解除交轴以及直轴电流耦合，通过该方式降低功率因数控制难度。

3.5 电子变换器控制技术

电力电子变换器在风力发电系统当中具有重要的作用，其具有较广的适用面，能够应用在大型风力发电系统中。在实际转换中具有较高的能量转换率，在完成转换后也具有较高的传输效率，能够有效的改善功率因素，在安全性以及可靠性方面也具有较好的表现。在风电系统中对PWM整流器的应用，即能够有效控制系统最大功率。在具体应用中，通过该方式的应用也能够有效解除有功同无功功率间的耦合情况，以此获得较好的无功功率。此外，该设备在应用中也能够最大化功率输出量，在设置直流环节的情况下对风电系统的功率进行调节。

3.6 无功功率补偿

受到感性元件影响，系统当中的无功功率也将存在一定的消耗情况。当电压经过感应元件时，因仅仅为无功功率存在消耗，此时在感应元件两端的电压则不会发生变化。当电压值较高时，则具有较大的电流经过感应元件，以此对元件设备造成损坏。此时，即需要应用无功功率补偿方式，以此起到抑制谐波作用的效果。

4 结束语

在上文中，我们对风力发电及其控制技术进行了一定的研究。在实际工作开展当中，即需要能够充分联系风力发电实际做好对应控制技术的选择与应用，在不断提升风力发电水平的情况下使我国电力事业获得更好的发展。

参考文献

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（作者单位：国电山西洁能有限公司）