浅析风力发电工作原理及应用

浅析风力发电工作原理及应用

王涵

新疆龙源风力发电有限公司 新疆塔城市 834700

摘要：自然界的风，来无影去无踪。在太阳光的照射下，各个地方的空气因受热不均匀而发生流动，便产生了风，风能实际上就是空气的动能，是一种取之不尽的能源。风能是一种清洁无公害的可再生能源，很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等。风力发电是除水力发电技术外，新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。这几年旷野、沿海地带，或者高山附近的“大风车”越来越多，大家所说的“大风车”实际上是风电场的风力发电机组，风电场由风力发电机组、输变电线路、升压站等部分构成。风力发电机组利用风力带动风车叶轮旋转，将风能转化为机械能，发电机再将机械能转化为电能，风力发电机组输出的电能通过集电线路输送到风电场升压站，升压站升压后再输送到电网，就变成了千家万户可以使用的清洁风电了。

关键词：风力发电；工作原理；应用

引言

新能源的开发与利用不仅能够作为常规能源的补充，而且也可以有效地降低环境污染。风能作为一种清洁和可再生能源被广泛接受，风能凭借着其建设周期短、环境要求低、储量丰富、利用率较高等特点在世界各国得到了持续快速的发展。如何充分地利用风能成为了热门研究方向。风力发电以其技术成熟、成本较低和大规模开发利用的优势成为新能源发展最快、最具有竞争力的发电技术。随着风力发电技术向着大规模制造的方向发展，如何利用现有的创新设计方法和创新技术来满足风力发电的设计要求，是实现风力发电大规模制造和使用的关键。

1风力发电工作原理

风力发电的主要原理就是通过风力来带动风车叶片转动，然后再借助于增速机提升其转动速度，以此来为发电机运行提供足够的动力，促使发电机发电。根据风车技术研究发现，在风速为每秒钟三公尺的微风条件下，风力发电便可以实现。在当今，风力发电已经逐渐成为了一种主流的发电方式，因为这种发电方式既不会面临燃料问题，也不会对环境造成污染，所以其应用前景十分光明。塔是连接和支撑风轮和发电机的支座，其高度取决于周围地形和风轮的大小，以确保风轮的正常运行。发电机是一种将机械能从风轮转换为电能的装置。在风力发电机结构中，风力发电叶尖的线性速度与风速的关系被定义为顶点速度比，这是风力发电机的重要参数，其尺寸是影响风力发电机功率系数的重要参数。
2风力发电的应用

2.1风功率预测技术

风电功率预测技术的应用是为了通过预测风力发电系统输出功率的大小，进而合理安排资源调度计划，根据预测周期与预测模型的差异，相应的预测方法也存在一定的不同。

（1）按预测周期分类。根据预测周期的差异，风功率预测方法包括超短期预测、短期预测与中长期预测。在应用方面，超短期预测主要用于风电实时调度；短期预测一般用于机组组合与备用资源调度；中长期预测通常用于系统维护与风能资源评估。

（2）按预测模型分类。根据预测模型的差异，风电功率预测方法包括物理法、统计法与组合模型法。其中，物理法是通过相关设施模拟风电场附近区域天气情况，得到风电场附近的风向、风速、气压以及空气密度等参数，创建风电功率模型，进而实现风电功率的预测；统计法则是通过相关的数学函数公式，得到现有数据和预测数据之间的数学关系，通过对两者之间的相关性分析，进行结果预测，统计法在实际应用中依托的数学工具主要有时间序列算法和机械学习算法；组合模型法并不是一种专门的预测方法，它是将其他功率预测方法进行了整理与融合，从而创建出更加接近实际的预测模型，结合各种预测方法的优点，得到更加准确的结果。

2.2谐波消除控制技术

在通过风力发电机进行发电的过程中，谐波会导致整体电能质量的降低，进而影响电压和频率等，让有功功率和无功功率之间难以达到平衡。所以，要想有效保障风力发电系统的运行质量，就要将其中的谐波消除。在风力发电系统的具体运行过程中，谐波的影响主要包括以下几个方面：（1）谐波会导致发电机通讯和铁损的增加，进而引起超同步谐振现象。（2）谐波会导致系统设备的过热故障，进而影响系统的正常运行。（3）谐波会让保护系统和控制电路出现误动作情况，对传感器精准性造成不利影响。（4）谐波会对电子设备造成损坏，不仅影响风力发电系统的正常运行，也会为企业带来经济损失。在风力发电系统的运行中，若要有效消除谐波干扰，可通过以下几方面的措施来实现：（1）将电力变流器等电力设备应用到系统中，用这些设备的相位来抵消谐波。（2）对于谐波现象所导致的系统无功功率增加情况，可通过电容器组的合理调整来改变系统无功功率，让谐波对其造成的影响得以有效降低。（3）可通过三角连接法来进行系统连接，以此降低系统中谐波的进入量。（4）在具体的谐波消除中，也可以按照实际情况来合理地加设滤波器。

2.3风电机组功率调节技术

在某种程度上，当风能密度足够的时候，风力发电机的功率大小直接影响到风力发电系统的供电能力。因此，功率调节技术在风力发电系统中的应用尤为重要。风力发电机组的作用是将风能转化成机械能，然后将机械能转化为电能。当发电机组所处的环境内风力大小较小时，需要尽量提高风力发电机组捕获风的能力，进而提高风电机组的发电功率；当风电机组附近风力过大时，需要考虑风电机组整体结构强度与发电容量的限制，避免出现机组过载的问题，通过降低机组捕获风能的能力来保证机组的安全和发电功率的稳定。风电机组的功率调节技术主要包括以下两种。

（1）定桨距失速控制技术。该技术的应用是把螺距风机叶片和轮毂固定在具有足够刚度的基础上，然后通过焊接的方式连接在一起。应用定桨距失速控制技术能够简化系统结构，保持风电机组的运行的稳定，该技术的应用优势在于，涡轮机的输出功率可以随着环境中风速变化的情况相应的发生变化。但是，由于风机叶片被焊死因而不能根据实际中风速的变化进行动态的调整，且应用该技术很难实现较高的风能利用率。

（2）变桨距控制技术。变桨距控制技术指的是通过调节桨距角度，实现风电机组输出功率的调节。在实际应用中，当风力发电系统的输出功率低于额定功率时，桨距角始终维持在零度位置，输出功率主要由外界环境风力大小决定；当风电机组所处的环境风力较大风电机组输出功率超过机组额定功率时，系统会根据实际输出功率的大小自动调节桨距角，从而控制机组输出功率不会超过额定功率，以此来防止系统过载而损坏。变桨距控制技术是一种主动型控制技术，它能够实现系统的闭环控制，在防止桨距失速方面具有重要的作用。此外，变桨距控制技术还能够保证风轮旋转后在较大正桨距角的情况下产生足够的启动力矩，并且在停机时保证桨距角处于90°位置，从而可以尽可能的降低风轮空转速度。

2.4无功功率补偿技术

在风力发电系统的运行过程中，由于感性元件影响，经常会出现功率消耗情况，在电压从感性元件中通过时，因为消耗的只是无功功率，所以感性元件的两端并不会出现电压变化，如果测量到其两端电压比较高，则说明感性元件中通过的电流很大，元件设备也极有可能被损坏。对于此类情况，在进行控制的过程中，可以适当进行系统的无功补偿，以此来实现谐波作用的有效遏制。在无功补偿过程中，最常用的方法是电容投切法，但是，应根据实际情况来确定投入的电容量，以此来避免电容量投入过大而产生电压谐波。

结语

风能生产是计算机技术、空气动力学、建筑力学和材料科学相结合的风能，中国风能资源丰富，因此风能在中国有着广阔的发展前景，风能的使用将极大地促进我国的环境保护，改变能源结构，减少对进口能源的依赖。目前，风能发展迅速，日趋成熟。越来越多的国家正在扩大风能的研究和推广，并取得了显著的成绩。中国特别重视发展大型风能，在陆地和海洋上，小规模风力发电设备和设施以及补充风力-太阳能技术也在积极发展。风能生产将是新的绿色能源发展的一个重要方面，具有广阔的市场前景。

参考文献

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