风力发电的调频技术研究综述

风力发电的调频技术研究综述

曹阳

辽宁龙源新能源发展有限公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要：当前，风力发电越来越受到人们的重视，这是一种无污染、环保的发电模式，依靠大自然的力量向人们的生产生活提供电能，因此成为研究人员的重点研究课题。因为该发电模式与传统的发电模式有所不同，因此寻求更为有效的发电调频技术就显得尤为重要。本文重点对该技术进行详细的探讨。 关键词：风力发电；调频技术；研究

一、风力发电调频技术应用的必要性

研究发现，风力发电发展前景广阔，其发电成本与常规电力基本接近，因此其逐渐受到世界各国的重视，对于其研究也逐渐深入。根据相关调查显示，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦，因此我们应不断加强风力发电技术的探索和实践，以为我国的经济发展提供能源保障。风力发电具有较为稳定的发电成本，对环境污染小，因此其发展前景较为广阔。

由于自然风速的大小和方向的随机变化，风力发电机组切入电网和切出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运动过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。风力发电系统的控制技术从定桨距恒速运行至基于变桨距技术的变速运行，已经基本实现了风力发电机组理想地向电网提供电力的最终目标。功率调节是风力发电机组的关键技术之一，功率调节方式主要包括定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三种控制方法。随着风力发电机组由定桨距恒速运行发展到变桨距变速运行后，风力发电机组控制系统可通过风速和风向变化对机组进行并网和脱网及调向控制，同时还可通过变距系统对机组进行转速和功率的控制，以提高机组的运行效率、安全性和可靠性，促进年发电数量和质量的提升。

二、风电储能参与系统调频

2.1风电蓄能

风能是随机性的能源，具有间歇性，并且是不能直接储存起来的，因此，若在风能资源丰富的地区，以风力发电作为获得电能的主要方法时，必须配备适当的蓄能装置。在风力强的时段，除了通过风力发电机组向用电负荷提供所需的电能以外，还要将多余的风能转换为其他形式的能量，并储存在蓄能装置中；在风力弱或无风时，再将蓄能装置中储存的能量释放出来并转换为电能，向用电负荷供电。由此可见，蓄能装置是风力发电系统中实现稳定和持续供电必不可少的工具。储能系统在风力发电中起到“后勤保障”的作用，是风力系统参与调频过程中的重要组成部分之一。

2.2参与调频

储能系统有响应快、控制灵活多变和性能稳定等特点，在风力发电机组中配备蓄能装置能够协助风电参与系统的调频过程。对储能系统在风力发电中的应用要协调、合理，使其能够充分发挥作用。如果我们使用的不合理，不但会造成成本增加，而且还会影响经济效益的稳定性和储存装备的质量，甚至阻碍风力发电的发展。研究人员对储能系统的研究发现：如果能将转子控制与储能系统进行科学结合的话就能很好地控制不利因素的产生。比如，转子转速控制中的灵活性问题，使它能在短时间内对系统的频率情况作出相对应，减低了成本，提高了蓄能的经济效益；储能系统在变桨控制的过程中能够连续一段时间参与系统调频且不受外界干扰，这也能降低储能的运行成本。综合来看，储能系统是未来风力发电过程中的重要环节，要加以研究并科学利用，促进风电的发展。

三、风力发电调频技术的发展前景

3.1中压变流器拓扑功率不断增大

根据近年的不断研究，为了使风力资源的成本降低和转换风力资源的效率，风力的涡轮发电机的发电功率得到了飞快的增长。器件的额定功率不断的得到提高，而且开关和导通也逐渐的改善，所以多电平变流器所具有的优点会不断的被人类所挖掘出来。风力发电的系统优劣是由开关损耗的导通损耗和比率所决定的，即使在工作中多电平变流器的导通受到较高的损害，但是它的开关频率却是十分的低，所以说它的开关损耗也会随之变得十分低。多电平变流器在使电压的额定值不断提高的过程中，可以把风力电场和风力涡轮的发电机身上的变流器之间的配电与网络相连接，所以就可以有效的把笨重的表压器所淘汰。

3.2风力电场的具有的储能技术

风力电场可以很好的使风力发电在技术和经济上具有很强的吸引力，储能系统对维持电压频率具有很重要的作用，它不仅可以在15min之内为海量储能，还可以在很短的时间之内吸收和注入一定的能量。在整个风力发电的系统中包含了许多种的储能系统。关系到风力发电技术的蓄电池的储能系统，液态蓄电池是最好的蓄电系统，因为它可以很好的提供单位储能和送点成本的最佳状态，和之前的蓄电系统进行比较，液态蓄电池系统的优势主要是很好的使澳和锌两种化学材料之间发生的化学反应结合起来，这样的蓄电池可以很好的使能量密度高于铅酸的蓄电池系统。并且在一定程度上节省了体积和重量，重要的是它的功率特性可以通过不一样的影响使性能发生不同的改变

3.3海上的风力发电

风力涡轮的发电技术将不断的朝着离岸的趋势发展，因为海上的风能资源是十分丰富的，在海水较浅的地方可以安装风力的涡轮发电机进行发电，最重要的是，在离岸安装涡轮发电机，发电所产生的能量非常巨大，可以多出在陆上的涡轮发电机能量的一倍左右。用传统的空气流通的热量可以很好的使输电系统得到调节，进而解决电阀和风电场的相连，在高压直流把输电连接到电网和电场组织的时候，电同时被运送到了负载中心。

四、调频技术的经济效益分析

4.1节能效果显著

矿山风机选型设计时，用户、设计院及制厂均留有较大的裕度。用户实际需要的风量，经常在设计流量的80%以下。假如实际需要的流量为额定流量的80%，采用变频调速时消耗的能量只有不调速时的51%，节能49%，比用矿}f_I风机挡板调节可节能37%左右。

4.2功率因数高

目前诵用弯频器普遍采用PWM（脉宽调制）控制，功率因数均在0.9以上。近几年推出的直接转矩控制的变频器，功率因数为0.95一0.970过去为提高功率因数采用同步电动机驱动的方案，现在可以用简单的笼型异步电动机加变频器的方案代替，价格并不比同步电动机及其励磁装置高，还可以收到节能、减少维护费及减少维修时间的效果。

4.3使用功能完善

生产工艺流程对矿山风机调节提出的任何要求，变频器都可以实现。除可以实现常规的开、闭环控制外，对重要矿山风机的停电自动保护和矿山风机特有的喘振保护，变频器本身都可以轻易地实现。

4.4保护功能齐全

对电网、变频器本身及电动机的各种故障和异常，都有完善的保护。自动诊断系统可自动报警并给出故障的原因，从而确保机组的安全运行。

4.5可靠性高

可靠性高不单指笼型异步电动机结构简单、坚固及易维护；变频保护功能齐全，可避免损坏。更重要的是体现在变频技术的进步，确保调速系统的可靠运行上。高速实时检测电网、变频器和电动机的运行状态，对负载或电源干扰引起的状态变化做出迅速反应，使调速系统始终保持正常运行，并自动寻优。

结束语：

风电发电技术正处于蓬勃的发展当中，而其中的调频技术也越来越成为风电发展的关键，国家也越来越需要风电具有传统电源的功能，从而保障电力系统的安全稳定。在风力发电技术的进步中，频率调节技术显得尤为重要，需要进行全面的整改和完善。相关的专家应结合目前的几种控制方式，不断地加以调节和完善，克服它们所存在的缺陷以及运行的条件限制，从而使风力发电得以良性有效地发展。

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