现代控制技术在风力发电控制系统中的应用研究

现代控制技术在风力发电控制系统中的应用研究

李英伦王靖

(中广核湖口文桥风力发电有限公司江西省九江市332500)

摘要：如今，我国的风力发电产业在逐步提升，但是，仍然还有许许多多的问题等着被解决。一些风力发电企业，在不断探索创新的过程中，许多的不了，数据，代码等无法满足，这就要进口大量外国技术。不仅在风力发电机的控制系统方面，还是在制造方面，都要从外国购买很多的所需品。此外，一些重要的零部件，我国风力发电技术还达不到别的国家的程度，其规范性也达不到要求，我国的零部件的质量还不够好，寿命也不是很长。我们发展风电产业，就要引进外国先进的技术，汲取外国先进技术，融入到已有的基础之上，不断创新，使其更规范化，投入大量资金，建立健全相关政策。

关键词：现代控制技术；风力发电控制系统；应用

引言

如今，人们解决能源和环境问题迫在眉睫，有些资源有限，还会产生许多污染。所以，世界各地都在关注可再生能源，而风电有许多优点，所以，利用可再生能源已成为各国的重点发展方向。我国的风能资源并不匮乏，所以开发潜力很大。我国的风力发电产业和控制技术的发展很快，因而，通过分析现阶段我国风力发电的情况和控制技术水平的发展情况，为实现可持续发展战略提供一些有价值的信息。

1我国风力发电的现状

作为新能源的一个重要部分，风力发电近年来的发展越来越好。全球的能源越来越少，之前的能源已经不足人们也已经意识到了这个问题，风力发电无污染，施工时间比较短，投资也不多，而且需要的地区也不多，这就使得各个国家对其越来越关注。在风力发电系统中，并网逆电器是一个非常重要的装置，其特性的好坏决定了发电是否灵活。随着信息技术的发展，人们也将风力发电系统做出了很多改变，使其性能得到了很大改进，促进了其进一步发展。

2现代控制技术在风力发电控制系统中的应用

2.1自适应与滑模变结构

该项技术运用到发电过程中，可以捕捉系统快速变化的各项数据，将系统处于实时监测之下，实现对各运行参数的良好把控。该技术的工作原理如下:系统运行过程当中，若发现明显的波动，此技术控制的监测装置就能精确捕捉到这一点，然后系统对该突变点进行分析，根据分析结果对发电装置的相关速度参数进行适当调整，保证发电过程的顺利进行。在以往的系统当中，若想控制运行速度，需要先建立起相应的虚拟模型，由于数据变化的无规律性，模型的建立是非常困难的。错误的模型会误导工作人员，这对速度的控制是非常不利的。该项技术的出现很好解决了这一问题，自适应也是目前在风里发电中应用最多的技术之一。此项技术的最大特点，就是对各种切换开关的灵活控制。当系统运行不再需要这一档速度时，该结构接收到系统传来的相关变档信息，然后做出反应，自动将该档位的开关闭合，打开系统需要的相应档位开关。系统运行中，人员无需对发电装置重启，即可实现对装置换挡的控制。该技术的特点主要体现在这几点:设计简单，并不需要过于复杂的结构;可随时进行相应的切换工作，具有较强的灵活性;系统参数变化时，不会影响到该结构的正常控制，具有很强的稳定性。该技术能够将自然干扰与装置隔离开来，最大程度保证发电过程正常进行，没有外界环境的影响，系统将会处于非常稳定的状态。

2.2主动/混合失速与变桨距

此项技术是这两种技术的结合体，当风速降低时，变桨距会自动进行调节，此时装置的启动效率大大提升，桨距角在风速的影响下，会向着角度减小的方向偏转，此时攻角增大，叶片捕风的失速效应增强，其相应的捕风能力快速减弱，与风速保持在同等水平上。该技术的优点在于对调节速度的要求不高，执行相应动作时不会消耗系统很多功率。当外界风速大于系统的额定风速，若不降低对风能的捕获，系统中的电机、电子等容量会超出其本身能够承受的最大负荷。此时叶片受到外界风力的强烈冲击，叶片受损的同时，对风力机的损害也是巨大的。概述的出现很好解决这一问题，在维持发电装置正常运转的同时，延长风力机、叶片等的使用寿命。该项技术在风力发电中的应用时间较早，20世纪80年代就得到广泛应用。概述支撑下的发电机组，是由多种技术结合而成的，例如软并网、动力刹车等。该技术的特点如下:轮毂、桨叶的连接方式是固定的，外界风速变化的情况下，迎风角度保持不变，结合桨叶翼的相关特性，系统会呈现出失速状态。这一状态会使桨叶表面出现紊流现象，从而达到降低电机效率的目的。该技术对系统内部功率的控制可靠性很高，但在限制功率的同时，会使叶片结构变得复杂。基于这一特点，此项技术通常只在小型发电厂中使用。

3风力发电的控制技术的发展

3.1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。

3.2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。

结束语

新型技术的融入，使风力发电摆脱人工操作的局限性，逐渐朝着自动化方向发展。对功率、风速等的有效控制，将发电机保持在最佳工作状态，且大大延长桨叶、电机等装置的使用周期。在科技的支撑下，控制技术还有很大发展空间。

参考文献：

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[2]李轶男.试析风力发电设备的电气控制技术[J].中国战略新兴产业,2017(28):197.

[3]王家坤.风力发电控制系统中现代信息化控制技术的应用策略[J].中国高新技术企业,2017(10):69-70.