风力发电机组的电气控制关键技术研究与应用张跃军

风力发电机组的电气控制关键技术研究与应用张跃军

张跃军

（内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司山西分公司山西太原030000）

摘要：风能作为当今世界的可再生能源，对于解决目前能源与环境问题具有重要作用，由于风能分布较广、蕴藏量丰富以及无污染的特性，使其在全球范围内应用较广。鉴于此，本文对风力发电机组的电气控制关键技术研究与应用进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：风力发电；电气控制技术；应用

一、风力发电的现状问题

1、风力发电系统设备不完善

根据现状来看，许多风力发电系统的建设较为注重核心功能设备的安装，对于一些辅助性功能的设备存在一定疏忽，导致许多功能作用无法得到充分发挥，这种复杂动态也不利于风力发电系统的电气控制作业。同时，我国风力发电系统模型主要分为非线性模型和线性模型，其中非线性模型具有极高的复杂性，相比线性模型还存在着较高的不成熟型，不利于电气控制工作的有效展开。而线性模型的应用方向适用于传统风力系统，通过提高风能捕捉量对发电机的重要属性进行调节和控制，这种方法具有一定的简单性，但是其工作范围和工作环境存在一定局限性，而且传统的电气控制技术已经无法满足于风力发电系统的发展需求，极大阻碍着风力发电系统的持续发展。

2、外界因素的不利影响

在风力发电系统的运行过程中，除了发电设备自身的故障问题会影响到发电系统的稳定运行，还存在着诸多外界因素的不利影响，主要包括有自然因素和人为因素。就自然因素来说，一般风力发电系统的建设都处于高水平面的地理环境，这些地方的温度、大气压、雷雨以及湿度等自然因素的变化较为极端，不仅会影响到风力发电系统的稳定运行，在很大程度上也会造成风力发电系统的损坏，严重影响到风力发电系统的正常运行。就人为因素来说，风力发电系统的控制工作具有较高的复杂性和专业性，若是工作人员不具备相应的专业能力和工作意识，在实际工作中很容易出现违规操作或疏漏操作，不仅无法有效保证风力发电系统的安全性能，也会造成诸多的不利影响，甚至是直接导致风力发电系统的故障问题。

二、风力发电机组的电气控制关键技术研究与应用

随着我国社会经济的持续发展，我国人民对电力能源的需求日益提升，为了满足社会发展的能源需求，我国相继研发了各种能源生产技术，期望以此改善我国能源的供应环境。而风力发电技术作为电力能源技术体系的重要组成部分，其中的电气控制技术将直接影响到风力发电厂的稳定运行。

1、恒速发电和变速发电

现阶段风力发电技术分为恒速发电与变速发电两大类。

1.1恒速发电

恒速发电一般使用笼型异步电机，电机风速变化时转速保持恒定的发电方式称为恒速发电。发电时涡轮机拖动异步发电机转动，由于只工作在机械特性的线性区，转差率很小。当风速变化时，通过调整桨叶倾角刀来控制输出功率和转速。恒速发电又称“刚性”风力发电，具有对野外环境适应性较强、电气系统简单等优点，但对发电设备要求较高，因风速变化时发电效率较低，就要求倾角控制响应快，调节机构易疲劳损坏。综合分析，采用恒速发电时，电机功率一般小于5000kW。

1.2变速发电

变速发电采用同步发电机或双馈发电机，风速变化时，转速也随之变化，通过电力电子变换器，使电机接入恒频（50Hz）、恒压电网发。变速发电又称“弹性”风力发电，较恒速发电电气系统构造较为复杂，但在不同风速下可以提高发电效率，对电机部件机械要求较低，当强风来时倾角控制器开始工作，机构寿命延长。综合分析，采用变速发电时，电机功率一般大于1100kW。

2、定桨距失速发电技术

一般在发电机组的设置过程中都要进行并网，这对于发电机组的稳定运行有着决定性的影响作用，为了提高发电机组的作用率，我国技术人员研发除了定将失速发电技术，并将这项技术应用到实际的风力发电系统中，使传统发电技术和新型发电技术得到有效结合运用，最大化确保了风力发电系统的运行轨迹。同时，定桨距失速发电技术的主要目的就是控制发电机组的功率，这就反映出定桨距的本身构建极为复杂，而且还存在着高重量和大体积等情况，在这种情况下就无法保证发电机组的运行效率，所以在一些风力等级较高的风力发电系统中并未采用这项技术，而这也是技术人员的重要研究方向。

3、变桨距发电技术

变桨距发电技术的主要目的就是通过改变桨叶角度对风力发电机组的风速功率进行控制，以此确保风力发电机组存在过高风速的时候能够得到有效控制。同时，在我国科学技术的不断发展背景下，变桨距的制造材料也出现了较大变化，在材料选择中逐渐倾向于轻材料，使得变桨距的整体重量逐渐降低，整体重量的减少不仅能够有效降低运行事故的发生几率，在很大程度上也给控制工作带来了便利条件。但是在变桨距发电技术的应用过程中，变桨距的运行稳定性较差问题一直无法得到有效解决，这就极大增加了人力资源和物力资源的消耗，相信在我国科学技术的持续发展下，其运行问题会得到有效解决。

4、主动失速发电技术

主动失速发电技术又可以称之为混合失速发电技术，而且主动失速发电技术还包含着定桨距失速发电技术和变桨距发电技术的基本特点，这种技术主要是通过桨距角的不同变化控制风能捕捉量和风速，以此来保证风力发电系统的运行效益。但是在主动失速发电技术的应用过程中，常常会出现严重失误状况，导致功率输出受到不同程度的影响，极其不利于针对风力发电系统运行效益的控制。

5、双馈系统的变频器控制

双馈系统变频器由电机侧PWM变换器和电网侧PWM变换器两部分组成。对双馈系统电机侧变换器的输入给定量进行设定，计算定子电流和转子电流的有功和无功分量给定值，通过基于矢量变换的电流控制，使定、转子电流的有功和无功分量实际值分别等于其给定值。电网侧PWM变换器控制的输入给定量为直流桨叶倾角控制通过液压执行机构来实现。当风速增加时，调节桨叶倾角控制转速不变，分析涡轮机功率与转速的关系，采用非线性控制器调节两者的关系。

6、变速风力发电技术

变速风力发电技术的主要目的就是针对风力发电机的原有恒速进行影响和控制，根据不同风速控制风力发电机的运行情况，以此保证恒定发电频率。由于风力发电机会受到风速变化的影响，为保证风力发电机的运行效率就要根据实际情况调整相关的风轮转速指标，并注重输出功率的平稳性，从而有效确保风能能量。同时，根据时代发展的现象来看，这种技术是风力发电的重要发展方向，其中恒速发电技术将成为风力发电的核心技术。

结束语

综上所述，我国风力发电电气控制技术主要包括有变桨距发电技术、定桨距失速发电技术、主动失速发电技术以及变速风力发电技术，这些技术的应用过程有其优势，也有其缺点，相信在科学技术的持续发展下，这些技术都能够得到有效完善。

参考文献

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[2]郝理想.全风速适应离网型风电控制器的研发[D].河南科技大学,2014.

[3]沈芮.功率全程可控的风力发电机组控制策略研究[D].华北电力大学,2014.

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