风力发电及其控制技术新进展探究

【摘  要】近年来，随着我国社会经济的发展与进步，为满足人们正常的生产生活，所需要的能源需求量逐渐增加，因此重视新能源的开发刻不容缓。风能是可再生能源的一种，在国内的分布范围十分广泛，能够进行有效的开发与利用。同时，风能发电不会污染环境，成本稳定可控，拥有广阔的应用前景。当下，国内对于风力发电开展了一系列的研究，为取得最佳发电效果，还需要对其控制技术进行深入的研究。

【关键词】风力发电;控制技术;新进展

当下，我国面临严峻的能源紧张的局面，为促进电力行业实现健康、可持续发展，就需要科学合理的开发与利用风能。科技的发展与进步，极大的促进了风电发电技术的发展，作为一项极其复杂的综合性技术，与多方面的内容息息相关，如力学、空气动力学、机械学、材料学、自动控制等，也是当前风电行业的重点研究内容，为提高发电效率与改善发电质量，就需要有效控制风轮，调整风能代销、控制变换器与发电机等[1]。

1风力发电技术现状

科学技术的发展，在一定程度上极大的扩大了风力发电技术的应用范围，其应用原理在于可借助风能设备，转变温差所造成的空气流动为电能。换言之，风车叶片转动可以用风能驱动，而叶片转轴连接齿轮箱，可极大的提高转速，转化动能为机械能，如此能够带动发电机发电。风力发电具有许多特征，具体如下：第一，该技术装机规模越来越大，由此极大的增加了风力发电所占的比重;第二，发电机功率较之前相比明显增加;第三，海上风力发电产业日趋商业化。

因海上风力发电不会受较多因素的干扰，因此风速较高且相对比较稳定，发电量十分可观。可用发电机组对于风力发电能够起到一定促进作用;风力发电前期需要投入大量费用，但是不会产生较高的运营费用。纵观全局，风电机组发电市场在短时间内获得快速发展，在整个发电产业风力发电始终都占据着至关重要的地位。当前，风电机组设计技术在市面上所存在的差异较大，突出差别可通过发电系统、风电机组的组合方式等体现出来。电机转速可通过风速提高，能够最大限度的利用风能，在可控范围内控制有功、无功功率[2]。

2风力发电控制技术

2.1风轮控制技术

为最大限度的提高风力发电系统的转化率，在获取过程中有必要尽量降低风能消耗量，站在风轮角度上，其控制技术主要有三种。

第一，叶尖速比控制。风轮风叶尖端在风力作用下，其转动线速度即为叶尖速，叶尖速比是叶尖速与该时间段风速的比值。为有效控制叶尖速比，可控制该比值，在此基础上实现对风机系统的有效优化。对不同风速进行充分考虑，然后将最佳叶尖速比确定下来，因自然风的速度与大小不能调节、控制，则为保证控制功能的完全实现，就需要有机调整与改变叶尖速，如风轮转矩，通过对风轮最外缘速度的调节可实现对该速比的有效优化[3]。

第二，功率信号反馈控制，关于风轮功率信号的控制可以借助该方法，风轮功率在运行过程中会随着条件改变而出现一定改变。在绘制最大功率曲线时可以通过对功率关系的分析实现，然后陆续展开后续操作。在实践过程中认真对比、分析最大公路与实际输出功率，在得到二者差值的基础上对风轮浆矩进行有机调整，从而能够取得最大化的风轮运行功率。该方法对于控制成本的降低十分有效，但是值得一提的是在风机运行当中，在获取最大功率曲线时存在一定技术难度。

第三，爬山搜索控制。利用该方法来控制风机功率点时，其图像与抛物线具有一定相似性，最大功率点即为最高处。若不能确定当前工作点位置，关于风轮转动速度可以适当增加，这对于系统输出直流功率的改变十分有效，在直流功率增大的情况下，可以在抛物线左侧发现最高点，反之在右侧。同时，这种方法可及时找出最大功率点，然后有助于风轮转速的确定。但是，风轮转动过程中所产生的惯量较大，很难改变其转速。

2.2风力发电机控制技术

风力作为一种能量来源，能够促使风力发电。在距离地面位置较高处会产生较大的风力，为此，可以在高空完成能量的转换工作，尽可能的提高发電机与相关设备的工作效率、减轻其重量。永磁发电机具有一系列优点，如损耗小、效率高等，可以广泛的应用到风力发电系统当中。当前，在制造发电机时可以采用模块化方式，这对于降低制作成本十分有效。另外，发电机可以采用矢量控制阀，这有助于解除直轴电流、交轴电流之间的耦合，从而能够能够更加轻松的控制系统功率因数[4]。

2.3电力电子变换器控制技术

这种变换器在风力发电系统中的特征具体如下。第一，使用面十分广泛，可以高效的应用到大型风力发电系统中，在转换风能时所获得的能量转换率较高，在完成转换后所拥有的传输效率较高;第二，对于无功功率能够获得有效条件，改善功率因素;第三，安全性、可靠性较高。在高效运行的基础上所具有的功率范围较大，设备运行成本较低，经济合理。将PWM整流器应用到风电系统中，为解除有效、无效功率之间的耦合同样可以采用矢量控制阀，确保无功功率能够满足运行要求[5]。

结束语

综上所述，对于新能源我国一直以来都非常支持，风电产业在早期获得一定补偿，由此风电产业在我国依然具有广阔的发展前景。而风电本身具有许多优势，如可再生、能量大、无污染、储备量大、分布十分广泛等，因此开发潜力巨大，也是今后的主要发展趋势。为此，我们需要高度重视风力发电及其控制技术的深入研究。

参考文献：

[1]肖红军.信息化控制技术在风力发电控制系统中的研究[J].南方农机，2019，50（11）：215.

[2]朱焕荣.信息化控制技术在风力发电控制系统中的运用[J].山东工业技术，2018（22）：143.

[3]喻挺.风力发电及其控制技术新进展探究[J].智能城市，2018，4（18）：166-167.

[4]赵若焱.风力发电及其控制技术新进展探究[J].内燃机与配件，2018（13）：236-237.

[5]王志新，张华强.风力发电及其控制技术新进展[J].低压电器，2009（19）：1-7+19.

作者简介：

杜明禹，1995年01月13日，男，汉族，吉林白城人，大学本科学历，职称：助理工程师，研究方向：电力。

（作者单位：中广核新能源吉林分公司）