关于风力发电机及风力发电控制技术分析

关于风力发电机及风力发电控制技术分析

尹卫刚

中车永济电机有限公司 山西永济 044500

摘要：

目前能源和环境问题是人类面对最大的问题，面对不断减少的自然资源，全球都在高度关注可再生能源，并致力于相关的技术研究。我国的地理特点决定了风能具有很大的开发潜力，本文分析了常用的风力发电控制技术，希望能够为风力发电的相关研究提供一些参考。

关键词：风力发电机；发电控制技术；

引文：

能够有效的利用水、风和太阳能不仅能够缓解能源危机，促进经济发展，还能够起到环保的价值。风力发电在经历了几十年的发展，是新能源发展的的第一阶段，我国的风力技术仍然落后许多，尤其是大型机的设计、速度调节和失速控制不够成熟。如何能够提高风力发电机组的性能，简化风力发电的过程并提高风力发电设备的适应性，是风力发电研究的重点。

一、风力发电控制技术的发展现状

控制技术对于风力发电机的重要性主要体现在以下几个方面：

（1）风力发电机所获得的风能是无法控制和随机的，风速和风向以及风力的大小是随着自然条件的变化而改变，其本身就不具备控制性，要想得到控制就需要通过技术手段来实现。

（2）风力发电机的风轮惯性较大，风轮的叶片直径在特定的范围里可以能够有效的利用风能。

（3）风力发电所需要的并网和脱网都会应用到控制技术。

目前阶段，许多技术都可以应用到风力发电的领域内，风力发电的控制技术也随之越来越先进，其控制的方向也越来越多样化。定浆距型风力机只通过连接桨叶，轮毂并不能发生改变，如果在风力高于额定的风速时，就能够通过失速原理限制发电机的功率。失速原理就是指气流在达到一定程度的攻角后就会产生漩涡，当一些外界的因素让输出功率发生改变时，桨叶的被动失速调节就不会受到控制，风力的发电机组系统就会更加简化。所以，风轮的叶片有很大的重量，一些部件受力大，所以造成发电机组的工作效率较低，一些重要的部件也很容易收到损坏。

二、风力发电控制技术分析

（1）电力电子变换器控制技术

电力电子变化器控制技术的应用范围较广，在大型的风力发电系统中可以得到良好的作用，风能有着比较高的能量转换率，在转换后所传输的效率同样高，能够进一步完善无功功率，安全性能比较高。电力电子变换器的功率范围比较大，运行的功率也高，而且成本不高。在风电系统中加入PWM整流器，可以更加有效地控制大功率，用过矢量控制的方法能够弥补整流器的有功功率和无功功率的缺陷，让无功功率也能够更加符合整流器的运行要求。PWM整理器能够实现有功功率的最大化输出量，只要按照要求设置直流环节，调节风力系统的有功功率和无功功率就可以。

（2）模糊控制技术

模糊控制技术是一种比较具有代表性的智能控制技术，它的技术理论就是模糊推理和语言规则，此技术不会受到非线性因素的影响，其具有很强的鲁棒性。通过模糊控制风力发电机组能够显著提高风能的可利用率，还能够实现最大功率表的追踪，并且还具备变速恒频的优势。正是由于模糊控制技术的优点比较突出，所以此技术在不断地发展过程中融入了人工智能和仿人智能以及神经元网络等相关技术，这对于风力发电机组控制技术的智能化有着重要的意义。在变桨距并网型风力发电机组中应用此技术可以全面改良控制系统的动态性，能够有效控制风力机的转速、踢叶尖速比和风轮浆距角，能够保证风力发电机组能够输出恒功率和恒定频率。和PID控制相比，模糊控制技术能更好的减轻个斗振问题，更加有效的提高发电机组的运行质量和运行效率。

（3）风轮控制技术

通过功率信号的反馈进行控制：当风轮在运行的状态下，功率和实际的风力条件变化一致，分析功率的关系，绘制最大功率曲线图，这样可以通过功率的信号进行控制风轮运行。在实际的操作中，还要比较大的功率和系统的客观输出功率，需要获得二者的差值，然后再进行调整风轮的浆距，在最大的限度提高风轮的运行效率，这种控制技术的成本相对较低，但是缺点就是很难在风机运行的状态下获得最大功率的曲线。

叶尖速比得快控制：在风里的影响作用下，风轮中的风叶尖端会在转动的时候产生线速度，就是叶尖速。叶尖速比用来标识叶尖速比以及范围值内的风速比值，控制叶尖速比值就能够很好的控制好叶尖速比，从而能够控制好风机运行。但是由于风速不一致，因此很难能明确最理想的叶尖速比，所以一定要适度改变叶尖速，调节好风轮的转矩，以便能够更好的调整风轮外边缘的速度，优化叶尖速比。

二、风力发电控制技术的未来前景

当前再生能源的开发和利用是全球都在关注的问题，随着社会的经济发展，对能源的需求也会越来越大，因此风力发电的技术受到了广泛的关注。

（1）海上风电场技术：海上和内陆地区相比较，海上的风力资源则更加的充沛且丰富，而且主导的风向更具稳定性，周围的环境对风电技术产生的影响比较小，这十分有利于海上风电场的发展。然而还是有些技术上的难题是无法避免的，比如海上风电场协调控制技术、海上风电场运输技术和风电系统保护技术等，上述的技术问题如果能够得到解决，那么风力发电技术的稳定性能够得到大幅度的提升。

（2）大容量的风电系统：为了满足社会上与日俱增的能源需求，兆瓦级的大容量机组成为了未来发展的主要趋势，可以最大限度的提高发电机设备的利用效率，避免不必要的资源浪费，尽大限度地给风电产业带来更高的经济效益。然而大容量机组在技术上实现起来异常的困难，增加容量就意味着要进一步更新风力发电设备和控制技术，这大大的提高了工作的难度。就目前情况下，直驱式的多极永磁风力发电机和永磁发电机是主要的参考对象，更是设计大容量机组技术的指导依据。

（3）最大风能捕获技术：发电的转速能否达到最好的控制效果是研究风力发电系统的关键步骤，为了能够保证风力系统的可靠和稳定，需要不断地进行调控并网开关闭合。捕获最大的风能需要不间断的调节电机的浆距和扭转功率，只有这样才能够让风力发电技术得到迅速发展。

结语：

风能作为一种新型能源，可以有效地缓解能源危机，促进社会的持续发展。经过不断地改革和创新，风力发电技术已成为新清洁能源的重要组成部分，有助于促进社会的进步和发展，带来更大的社会效益和经济效益。

参考文献：

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[2]李胜，张兰红，单毅.永磁同步风力发电系统控制技术综述[J].微电机，2017，52（9）：101-107.

[3]许存祥.信息化控制技术在风力发电中的应用探讨[J].建筑工程技术与设计，2017，（32）：2179.