风力发电及其控制技术研究

张家辉

摘要：我国风力发电技术水平在不断提高，但是仍旧有许多问题亟待解决，所以要正视目前风力发电技术存在的问题，积极争取社会各方的支持，在原有的基础上不断突破创新，投入一定的资金，不断完善相关政策，从而实现风力发电技术的良性发展，让风力发电技术真正成为我国电力供应的主流技术。文本针对风力发电及其控制技术进行研究。

关键词：风力发电技术;控制技术;发展

随着我国新能源技术的不断发展，我国风力发电产业已经进入到了快速发展时期，为最大限度的提高风力发电效能，就要对其控制技术进行应用。

一、风力发电控制技术分析

（一）风轮控制技术

1、叶尖速比控制

在风力发电的情况下，风轮的风叶尖端的转动线速度就叫做叶尖速。而叶尖速比就是指叶尖速和该时间段风速的比值。提示叶尖速比率控制方法是有效地控制提示叶尖速比率，从而优化风扇系统。考虑到风速不同，在此基础上确定最佳的叶尖速率是因为无法调整和控制自然风的速度、风力的大小，所以要实现控制功能，必须调整和更改叶尖速度，包括调整风轮扭矩，以调整风车最外部边缘的速度，从而优化叶尖速率。

2、功率信号反馈控制

通过这种方法控制风力发电机的功率信号。风轮运行时，其功率随条件的变化而变化，这是电力信号反馈控制方法的应用依据。分析功率关系以绘制最大功率曲线，然后在此基础上执行后续操作。在具体实践过程中，将最大功率与系统的实际输出功率分析进行比较，得出差异，然后相应地调整滚轮力矩，使风力发电机的工作功率最大化。这种方法可以有效地降低控制成本，但值得注意的是，在风扇每天的工作过程中获得最大功率曲线是一个技术问题。

（二）风力发电机与相关电力电子变换器控制技术

1、风力发电机控制技术

风力是风力的能源，由于风力在高于地面的地方比较大，所以需要在高空进行能量转换。发电机及相关设备应尽可能提高生产率和减轻重量。永磁发电机损耗小，效率高，因此在风力发电系统中得到了广泛应用。目前，为了降低制作费用，可以模块化制造发电机。

2、电力电子变换器控制技术

对于风力发电系统，电力电子转换器必须具备以下特性：它具有广阔的使用面，可在大型风力发电系统中高效使用。转换风能时能量交换率高，转换完成后传输效率也高。可以对无功电源执行有效条件，从而实现电源元素的改善。提供高可靠性和安全性。在保证高工作效率的同时，拥有广泛的电力范围。设备成本不高，经济合理。在风力发电系统中使用PWM整流器可以有效地控制系统的最大功率。使用适配器时，通过矢量控制取消有效功率和无效功率的组合，从而使生成的无效功率满足操作要求。

（三）风能发电中的谐波消除与无功功率补偿

1、谐波消除

谐波对实际运行阶段风力发电的影响包括发电机铁损、铜损的增加，以及发电机上的超同步谐振。电源设备运行时，谐波会导致设备发生热故障，从而干扰系统的正常工作。影响传感器精度的控制电路和保护系统出现无工作状态：电子设备损坏造成巨大的经济损失。消除谐波的方法包括：首先，使用电力转换器等电力装置，使相位和谐波相互抵消。第二，谐波可以增加无功功率，合理調整电容器组以改变无功功率，并减少谐波对其影响的影响。最后用三角形连接，最大限度地减少谐波流入。还可以根据实际情况添加过滤器。

2、无功功率补偿

受感知组件的影响，电力系统的无功可能会导致消耗现象。电压通过感知元件只会消耗无效的电力，因此感知元件两端的电压不会变更，如果电压较高，感知元件会有大电流通过，从而可能会损坏元件设备。在这种情况下，应该抑制风力发电系统的无功补偿和谐波作用。

二、风力发电的控制技术的发展

（一）风力发电机组控制技术的发展

控制技术极其重要，它是决定发电机组可以快速运行的关键，以下是几条原因：1、风力机得到的风能是不能控制的，有些随意。因为平时的风速的方向和大小受大气和地形的影响而变得随机和难控制。2、风力发电机组的的的风轮有很大的惯性，因为它的叶片直径在一定范围内，更好地利用了风能。3、自动控制在多方面也能更好地被利用，比如在风力发电的并网和脱网时。4、风力发电所需的风力所在的地方都是比较偏远的，一般在海边，工作人员想采用无人近距离的监控的方法来控制比较随机的风力，这就需要风力发电机组变得更好。有些技术在应用到风力发电的领域后，其它的控制技术也在不断的发展。并且，控制方式也不再单一，向着多方面发展。定桨距型风力机就是桨叶与轮毂的连接是无法改变的。当风速高于额定风速时，用失速特性，限制发电机的功率就是失速性。而失速特性是气流的攻角达到一定时，就会有涡流。失去调节型有许多优势，因为外界因素改变输出功率时，利用桨叶的被动失速调节不做任何控制，极大地简化了系统。但是它的叶片很重，有些部件所受的力有些大，所以风力发电机组的效率很低，也会造成重要的部件被损坏。近年来，我国找到了一种新型风力发电系统，也就是变速恒频风力发电机组，它的很多性质都不受到外界影响。它同恒速风力发电机组比较，其优势是能在风速低时跟踪风速变化，在使用过程中可以更好的使叶尖速比达到适中，在风速比较快时，可以使机组正常地运作。前者用变桨距调节和励磁控制使得正常运作。在风机发电控制技术发展的进程中，输出功率比额定功率大时，机组就会利用风速来改变发电机的转差率，达到最优的叶尖速比。该机组的优点是使额定功率得以保证并且输出功率趋于稳定状态。

（二）风力发电机组控制策略的发展

风力发电需要风能，但是风能比较随机它的大小和方向不可控，就会使得叶片改变方向，叶尖速比也达不到标准。风力机的效率也会降低，输入功率也会受到影响，更严重的，会使得其不稳定。风力发电机组的部件有柔性，可以减小压力，不过，会使系统变得复杂会使有的模块震动。现如今，控制器有两类，一是传统控制，二是现代控制。前者的基础是数学模型，可以更好的提高风能的利用率。但在变化过快时，就没办法发挥到最好。

三、结语：

随着国家新能源发展战略的实施，我国风力产业已进入跨越式发展阶段。风力发电具有可再生、能源带、无公害等特点，同时我国风能储量大而广泛分布，具有很大的发电潜力，因此风能发电已经成为必然的趋势。做好风力发电及其控制技术的研究是非常重要的。

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