风力发电及其控制技术研究

何学军

摘要：风力发电是当前我国经济社会发展中，是具有代表性的一种环保型的发电方式，对于推动社会经济可持续性增长具有不可比拟的积极作用。本文以风力发电为切入点分析其现存问题，就提出具体的控制技术要点进行深入探究，旨在为相关从业人员积累更多的实践经验。

关键词：风力发电;控制技术;发展前景

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電技术存在的问题，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。

1加强风力发电控制的重要性

由于自然风速度快慢及方向大小存在着明显差异性，客观上要求相关技术人员重视风力发电控制技术，例如：控制机组切入及切出电网、限制输出功率、检测风轮运行期间中各种故障予以保护等。近几年来我国风力发电控制技术日趋成熟，即由定桨距恒速运行技术向变桨距变速运行技术转变，基本达到预期的生产目标。从风力发电机组角度来看，以调节机组功率为核心技术之一，其调节方法可划分为变桨距调节、定桨距失速调节及主动失速度调节。目前我国风力发电机组基本实现变桨距变速运行，结合风速风向的变化情况基本实现脱网、并网及调向控制各个发电机组，充分发挥变距系统作用，控制机组转速及功率。

2当前我国风力发电技术存在的问题

2.1风力资源分布不均

我国的国土面积十分广阔，每个地区的自然环境也有着很大差异，所以不同地区的风力资源分布十分不均匀，这就给风力发电工作带来了一定的困难。目前我国风力发电影视工作呈现出了，东南沿海和西北内陆发达，中部落后的趋势，风力发电事业发展十分不均衡。

2.2产业结构不合理

风力发电技术在我国不断更新发展，单机容量不断扩充，目前已经取得瞩目的进步，但是当前整个行业的产业结构仍然缺乏完善性，在零部件生产和产品创新方面，大多数发电技术都已经取得良好成果，实现了经济效益，但在核心零件生产过程中，仍没有实现自主式创新和开发，电力企业在进行风力发电技术改造时，大部分设备都来源于国外，国内缺乏独立资助的研发团队，这也进一步导致风力产业结构发展失衡，所以，还需要进一步加速产业结构变革，促进产业结构转型，形成完整的、具有发展潜力的风力发电产业结构。

2.3安全性有待提高

目前我國风力发电事业在发展的过程中，安全性方面还存在着一定的隐患，很多的风力发电机组在使用的过程中，由于技术不过关或管理不到位，使得风力发电机组脱网问题时常发生，影响整个系统的安全运行。

3风力发电及其控制技术研究

3.1风轮控制技术

为了提高风力发电系统的转化率，最大限度降低风能获取期间中各种能量消耗。从风轮角度来看，其控制方面技术包含爬山搜索控制、功率信号反馈控制及叶尖速比控制。其中，爬山搜索控制适用于控制风机功率点，其图像与抛物线较为相似，以最大功率点为最高处，一旦确定当前工作点位置后则适当增加风轮机转动速度，改变系统输出直流功率，而系统输出直流功率上升后最高点位于抛物线左侧，便于技术人员尽快找出最大功率点，确定风轮最终转速。功率信号反馈控制适用于控制风轮功率信号，特别是风轮运行期间其功率随着条件变化而改变，是功率信号反馈控制方法的核心原理。

同时，功率信号反馈控制主要通过分析功率关系绘制最大功率曲线等方法进行后续操作，特别是具体实践期間对比分析系统具体输出功率及最大功率计算出二者最大差值，便于调整风轮桨距，大大提高风轮运行效率，进一步有效控制总体成本投入。通常情况下，风力作用下风轮风叶尖端转动速度被称为叶尖速，而叶尖速比指叶尖速与此时间段风速的比值。与其他控制方法相比，叶尖速比控制方法主要通过控制叶尖速比值优化风机系统，综合考虑风速差异性计算出最为适宜的叶尖速比。此外，受短时间内无法调节控制自然风速度及风力大小的影响，客观上要求相关技术人员调整风轮转矩控制风轮最外边缘的速度。

3.2风力发电储存技术

在风力发电的过程中，由于受到天气情况的影响，所以其发电具有很大的不稳定性，而为了解决该问题就需要使用到风力发电储存技术该技术能够有效，减少风能转化电能过程中所造成的能量损失，对产生出的电能进行有效存储，防止电能浪费。风力发电储存技术主要是通过水蓄能、电池储能、飞轮蓄能和压缩空气蓄能几种方式开展，每种形容方式针对不同的区域，其应用优势和缺点也各不相同，所以要求施工方根据当地的实际情况合理选择。

3.3变速恒频发电系统

简单来说，该系统的控制方式就是风力机采取变速运行的模式，发电机的转速随风速变化而变化，但可以通过电力电子变换装置得到恒频电能。根据贝兹理论，理想情况下风能所能转换成动能的极限比值为16/27约为59%。恒速恒频发电系统的所采用的风力发电机只能固定在某一转速上，但是风能具有一定的随机性，其能效会受周围环境的影响而变化，所以风力机必定会偏离最佳速度，这就必然会在一定程度上降低发电效率，而变速恒频发电系统就能夠在风速变化的条件下，来适当调节转速，从而让其一直保持着在理想的转速下运行，确保发电效率。变速恒频发电系统是目前主流的风力发电机组控制系统，对于风力发电系统而语言，风力发电机组应该尽可能的确保能量转换效率，而变速恒频发电系统主要通过控制电机转矩，来实现高效率的能源转换。

3.4风力发电机组控制技术

风力发电机组的控制会直接影响到风力发电的过程，一般来说，风力发电机组的控制主要包括了偏航控制、变桨控制和变流控制，其主要目的是对风力发电机组的功率等进行调节和控制，从而保证风力发电机组的平稳安全运行，实现对风能利用率的最大化，以此来提高风力发电的效率。

3.5双馈发电变速恒频系统

双馈发电变速恒频系统是使用双馈绕线式发电机的风力发电机组，所谓双馈，指的是双端口馈电，定子和转子可同时发电，互相切割磁感线。通常来说，双馈电机必须配合变频器使用，变频器给双馈电机转子施加转差频率电流，起到励磁的作用，有效调节励磁电流的相位、频率、幅值，实现稳定的定子恒频输出。在风力发电系统中，无论风力作出什么样的变化，当电机转速改变的时候，利用变频器就可调整旋转速度，从而让电机的转速和风速之中保持同步（转子励磁电流改变转子磁势）。该系统主要是依靠转子侧来实现的，通过转子电路的功率由交流励磁发电机转速运行来决定，所以该系统的成本较低，设计较为简便，且后期的维护也十分便捷。

3.6风力发电并网技术

我国风力发电技术在使用的过程中，风力发电所产生的电能需要利用并网技术列入到整个电力系统中，从而实现风力发电效用的最大化，实现对电能的有效利用。风力发电并网技术主要是将风力发电技术与其他的直流发电系统，以互补运行的方式协调运行，从而有效解决并网控制和功率调节问题，将风能系统和其他能源系统结合在一起，提高电网运行的稳定性。

4结语

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。文章围绕控制技术展开讨论，介绍了几种典型的控制技术。相信在科技的发展下，更多的技术会被运用到发电系统中。

参考文献：

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