风力发电技术的发展及相关控制问题综述

黄永平

摘要：随着我国提出的新能源发展战略的实施，风力发电技术已经达到了空前的发展阶段。本文主要是对现今风力发电的具体情况进行了分析，并总结了风力发电的基本技术，对现存的一些问题进行了进一步的讨论，并针对这些问题提出了一些建议。

关键词：风力发电;技术发展;控制问题

当今人们最关注的莫过于能源和环境的问题。常规的能源主要包括煤和石油等，但是这些资源十分有限，并且还容易造成大气的污染。所以，我们需要重点开发可再生的能源，尤其是对于风能的开发，现今各国已经在风能的利用上取得了初步的成就。风力发电是一种能够再生并且无污染的产能方式，风力发电的前景非常的好，所以很多国家的都选择风力发电作为新式能源。我国因为风能的储存量非常的大，并且分布十分广泛，具有非常大的开发利用价值。近些年来，我国的风力发电方面的技术正在迅速发展，但是与此同时也出现了一些问题。对我国的风力发电现状进一步的探究，能够更好地推动风力发电方面的持续发展。

1我国风力发电的现状

我国曾在2005年颁发了《可再生能源法》，当中明确地提到风能和太阳能等都属于是可再生的能源，明确了可再生能源在资源开发方面的主题地位。从技术层面上来讲，我国的风力发电技术在日益的强健，这表示着我国的风力发电技术已经具有兆瓦级风机的自主研发能力。并，随着我国的风力发电的装备在制造方面的进一步提高，我国这方面的市场地位也在逐渐地提高。现今，我国的风力发电的风力发电的基本制造零件已经能够符合现今风力发电的具体需要，但是一些例如变流器等要求较高的零部件，还是需要进口。并且，我国相关的制造业还需要再技术上进行创新，提高风力发电的核心技术水品尤其是对于加强风力发电的关键设备进行技术的改革。

2.风力发电的技术发展

风力发电的技术主要是运用了空气动力學以及自动控制等多个方面的学科，是一种综合性十分强的项目工程。在风力发电方面，主要的研究难点就是风电机组的大型化以及风力发电机组的控制方式和技术等。

2.1风力发电机组控制技术的发展

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，这是因为：

（1）大气气压和气温以及湿度等因素对于自然风速的影响十分重要，而且自然风速和方向还随着地貌特点等因素发生着变化，所以风力机的风能也具有一定的随机性。

（2）为了能够更好地利用风能，一般的风力发电机组的叶片直径有60-100mm，所以风力发电机组有着一定的惯性。

（3）自动控制对于风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好地利用。

（4）一般来说，风力资源比较丰富的地区环境都不是很利于人类生存，一般都是在海岛或者是较为偏远的地区，还有甚者在海上，所以，再设计风力发电机组时需要考虑无人管理或者是能够进行远程监控。这就对于风力发电机组提出了更高的要求。

所以，现在很多人都致力于研究风力发电机组的控制，这些研究对于风力发电的机组进一步优化有着十分重要的意义。而将计算机技术应用到风力发电机组的控制上能够取得更好的成效，对于优化风力发电技术有着十分重要的作用。结合计算机技术应用到风力发电的控制技术当中，能够使风力发电技术进一步地提高，在控制方面上，从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，而且还有向着智能化方面发展的趋势。

2.3风力发电机组控制策略的发展

风能的能量密度较小，而且也没有足够的稳定性，会随着风向以及风速等因素的改变发生一定的变化，这就需要风力发电机组的叶片攻角能够随时变化，让叶尖的速度比的偏离值达到最佳，风力发电机组的空气动力效率以及输入到传动链的功率发生变化，影响了风电系统的发电效率并引起转矩传动链的振荡，会对电能质量及接人的电网产生影响，对于小电网甚至会影响其稳定性。风力发电机组通常采用柔性部件，这有助于减小内部的机械应力，但同时也会使风电系统的动态特性复杂化，且转矩传动模块会有很大振荡。目前，对风力发电机的控制策略研究根据控制器类型可分为两大类：基于数学模型的传统控制方法和现代控制方法。传统控制采用线性控制方法，通过调节发电机电磁转矩或桨叶节距角，使叶尖速比保持最优值，从而实现风能的最大捕获。对于快速变化的风速，其调节相对滞后。同时基于某工作点的线性化模型的方法，对于工作范围较宽、随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统并不适用。

3.存在的问题及展望

这些年来我国的风力发电事业虽然得到了空前的发展，但是也出现了很多的问题。

因为我国目前为止还没有完全的掌握风力发电设备的核心技术和一些零部件的制作技术。在一些设计的技术上，我国每年都需要花费大量的资金在专利以及生产许可证等上面，而且一些有自主研发能力的风力发电企业，他们设计时需要用到的应用软件以及很多数据都需要去进口。在风力发电机组的制造中，风力发电的控制系统和逆变系统同样需要大量在国外购买，并且，一些风力发电机组的重要零件，例如轴承和齿轮箱等和国外生产的进行对比在质量以及使用年限和可靠性上都较差。而且，我国的风力发电的发展规划和我国的电网方面的计划之间有一些出入，其上网的容量相比于装机的容量小上很多。风力发电的重点是进行资源规划，我国的风力发电选址时经常不会考虑当地的电网情况，在这种状况下就导致了我国的很多风力发电的装机容量过大，和并网发电不适应的情况。在2019年新建设的风力发电机组的容量中大约有三分之一不能够上网，输送电是现今风力发电事业发展的最大阻碍。最重要的是我国的风力发电技术和相关的规定还不是很完善，例如风力发电机组在制造的过程当中检测、调试等环节的标准需要进一步规划。

4.结束语

所以，对于我国风力发电事业的未来能够更好地发展，我们需要进一步加强对于现有技术的掌握，还要对这些技术进行创新，加强风力发电的电网建设，保证建设的风力发电机组中的容量都能够上网，对风力发电进行合理的规划和开发。最重要的是我们需要加强相关政策的建设，建立较为完善的风力发电标准，以更好地促进我国的风力发电事业的发展。