探讨风力发电控制技术

探讨风力发电控制技术

李金辉

（国华通辽风电有限公司内蒙古通辽028000）

摘要：在国内全面推进可持续发展的政策背景之下，风能作为新型清洁能源，其现实价值不言而喻。现今国内不少单位与科研机构已经开展了对风力发电电气控制技术的深入研究，并且已经趋于成熟，在实践中已然得到了较为广泛的应用。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。鉴于此，本文就针对风力发电电气控制技术及应用实践做一些分析，希望能为风力发电的稳定发展提供有效参考价值。

关键词：风力发电；电气控制；技术

引言

风能的出现，作为一种清洁新型能源，可以有效缓解能源危机，推动社会经济持续增长。风力发电技术经过不断的完善和创新，逐渐成为新型清洁能源中重要组成部分，增速处于第一位。但是，较之国外的风力发电技术而言，我国的风力发电技术水平还处于一个较低水平，尤其是在风力发电整体设计和调速调频等技术还不够成熟。故此，如何能够有效提升风力发电成效，优化风力发电过程，加强风力发电控制技术分析是十分有必要的，加强对其研究有助于为后续工作提供参考。

1风力发电机

风力发电是一种缓解能源危机的有效手段，以其独特的优势得到了世界各国广泛的关注和重视。传统风力发电机主要垄型异步发电机、有刷双馈异步发电机和同步发电机等等。其中，垄型异步发电机主要是借助电容器实现无功补偿，高于同步转速附近恒速运转，使用定桨距失速促使发电机运行。有刷双馈异步发电机在实际运用中可以有效降低功率变化器功率。同步发电机转速较低，轴向尺寸较小，更适合应用在启动力矩大的电机并网中。对风力发电机不断创新和完善，当前新型风力发电机中包括无刷双馈异步发电机、永磁无刷同步发电机和永磁同步发电机等等。其中，无刷双馈异步发电机自身优势较为突出，结构简单，裹在能力强，运行效率更高、更可靠，可以有效改善传统标准型双馈电机运行的缺陷和不足，同时兼并垄型异步发电机的优势。

2风力发电现状分析

众所周知，风能是新时期大力推进的新型清洁能源，其优点有目共睹，但也具有不可避免的局限性。它的优点主要是没有污染，永远不会衰竭；但其局限性也较大，比如风力发电的稳定性比其他发电方式弱，且风能不能储存，只能实地采取。因此，在我国风力发电的发展过程中也遇到了不少问题，主要问题是对电能、电网质量的影响较大，因为风的速度和方向变化随机。这种随机性会引起负荷和电能发生一系列变化。如果电网的规模较小，其稳定性多多少少也会受到影响；但如果电网规模较大，就会影响到电能质量。不仅如此，我国目前各大风力发电所的使用设备也有着不容忽视的局限性，它们的特性一般较为复杂，所以无法对其进行有效的风力发电控制。更重要的是，我国目前有两种风电系统的模型，分别是线性模型和非线性模型。线性模型一般与传统的控制方法相结合，它要想实现最大量风能捕获，就要调节发电机的相关属性，这种方法是较为简单的。

3风力发电电气控制技术及其应用实践

3.1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。

3.2定桨距失速发电

为了有效地将其作用率提高，我国技术人员投入了很多的精力，最终将定桨距失速的风力发电技术与实际的风力发电相结合，并将新的发电技术与传统的风力发电的技术相结合，这样做可以有效稳定风力发电设备的运行轨迹。我们从中可以看出，该技术的一项非常重要的目的就是进行功率限制，因此，其自身的构造较为复杂，且体积和质量较大，即使可以达到限制功率的目的，整个机组的运行效率也难以得到保证。所以，在这项工作的推进过程中，它的一项主要工作就是进行功率限制。功率限制主要是通过复杂的叶片结构以及较大的质量来实现的。但这无疑会对发电机组的整体运行效率造成影响，在风力级数较高的地区当中，这项技术还没有得到广泛应用。所以，在将来的风力发电电气控制技术中，我们要考虑如何才能在风力较大的地区运用这项技术。

3.3变速风力发电技术

该技术基于变速运动原理，能够打破电机原有恒定速度运转对风能转化效率的影响，进而其发动机组能够根据风力的变化及时调整其运转速率，可以有效提高发电过程的稳定性。该技术的应用，能够使发电机组运转速率实现动态化的转变。比如在风数等级较高时，能够根据有效实现对风轮转速相应指标的高效控制，这就可以避免由于功率过大所导致的电压问题，可以进一步保障其电机组运转的稳定性。而在风速等级较低的情况下，其能够根据风力特征，通过调整浆角等方式，尽可能的实现对风力的捕捉，进而保障其实际需求。该技术的应用打破了传统单一模式电气控制的束缚，提高了风力发电过程中电气控制的实际成效。由此，不难得出，变速风力发电必然是未来风力发电的重要发展方向，我国相关人员也需要注意这一点，以此保障该类技术的应用效果。

3.4滑模变结构控制

模糊变结构控制是一种较为前沿的非线性系统，在系统运行过程中可能由于风向变化和负载变化，所以无法建立更加精准的数学模型进行控制。模糊变结构控制相当于一种连续开关型控制技术，在满足系统运行条件基础上，在特定空间内运动，系统对参数变化不敏感、响应速度快以及设计简单的特点，确保系统可以安全稳定运行，提升风力发电机控制水平。

4风力发电控制技术发展趋势

在风力发电中运用控制技术，有助于更大范围的推广和应用风力发电技术，缓解能源压力，降低资源消耗，提升效率的同时，推动风力发电大规模、现代化和智能化方向发展。尤其是在大型风力发电控制中，可以有效降低土地资源占用，提升系统运行功率。变桨距和变速恒频技术经过不断完善创新，在实际应用中可以有效降低风力发电规模局限性。尤其是直驱技术的应用，可以有效降低风力发电费用，提升能源利用效率，创造更大的经济效益同时，避免对周围生态环境的污染和破坏。

5结束语

总而言之，电气控制技术在风力发电中的应用已经得到了越来越多的重视，其地位不容小觑。可持续的发展战略是我国所倡导的发展战略，这一战略与过量使用不可再生的矿物能源是相悖的。所以，可再生清洁能源的开发与利用是我国当下发展中的重点问题，而目前全世界范围内利用较广的清洁能源就是风能。因此，我们要大力发展风力发电，重视发电控制技术在风力发电中的具体应用，做好具体的发展工作成为了今后的一项重要任务和挑战。

参考文献：

[1]瞿兴鸿.直驱永磁同步风力发电控制系统的研究与设计[D].重庆大学，2008.

[2]袁昆智.风力发电控制系统的研究与设计[D].安徽工业大学，2016.

[3]孙春顺.风力发电系统运行与控制方法研究[D].湖南大学，2008.

[4]陈杰.变速定桨风力发电系统控制技术研究[D].南京航空航天大学，2011.

[5]李华伟.风力发电系统的混杂控制技术研究[D].郑州大学，2014.