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摘要:本文对国内风力发电的发展现状进行了简要的阐述,并对其控制技术、电力电子转换器、谐波消除技术、风轮控制技术进行了分析。风力发电在实际运用中具有广阔的优势,因此,开展风力发电技术的研究已成为全球范围内的一个共同发展方向。
关键词:风力发电系统;风力发电技术;控制技术
0 引言
随着社会的发展,人类的生产和生活所需的资源也在不断的增加,但是资源的数量却是有限的,因此,必须要加大对新能源的研究与利用。风能是一种很常见的可再生能源,它的发展并不困难,而且它对环境的影响也很小,投资也很低,发展潜力也很大[1]。通过对我国风力发电行业的发展趋势进行了分析,并提出了几种主要的控制技术与方法,以期加深对风力发电技术的认识,为今后的风力发电行业建设和完善提供借鉴。
1 风力发电技术的原理
风能就是通过风力带动叶片转动,将风力转化为机械能,从而驱动发电机发电。为了提高叶轮的速度和提高发电效率,可以安装一个加速装置。在风中,由叶片所产生的空气动力,使其保持一定的速度,在升速机的带动下,以均匀的速度运行,发电。
在风力发电生产中,通常所采用的设备是风轮、发电机、塔架等。在风力发电场中,风能带动叶片旋转,通过风轮的旋转将风能转换成机械能;发电机的转轴与叶轮的转轴相连,当叶轮旋转时,带动发电机旋转,将机械能转换成电能。一般来说,在风轮的后面,都会有一个风向标的尾舵,保证它一直都是对着风向的。风轮、尾舵、发电机等结构都由塔架支撑。在实际情况下,应考虑地面障碍对风速的影响,以及实际扇叶的实际直径,以达到风力发电机组的运行要求。
随着风力发电技术的发展,风力发电机组的结构日趋复杂,包括传动系统、转向系统、液压系统、刹车系统、控制系统等。(1)齿轮箱在系统运转时,能通过传动装置的联合作用,使发电机的转速得到提高,从而保证了发电的稳定和提高了发电的效率。(2)该转向系统能够根据风向的改变灵活地调节风轮的横扫方向,使之与风向保持垂直,以增加风能的利用率[2]。(3)桨距风机、风轮叶片必须围绕其根部连续工作,以保证风能系统能够适应不同的风向。在系统停机后,叶片尖端会产生振动,使风机停止工作,这时必须结合液压和制动。(4)该应用控制系统能够自动地操作该系统,实现了对风力发电机组各个模块的稳定控制,保证了风力发电机组的电压、频率稳定,为风力发电机组实现自动并网、离网、实时监控提供了良好的环境,并能及时地发现异常,发出预警信息,以便及时进行故障处理。
深入研究风能技术,改善风能的使用效率,改变传统的能源结构,改善环境,改善人类的生活质量。
2 正确认识我国风力发电的实际发展情况
国内的风力发电技术分为三个阶段,第一个阶段是采用新技术,第二个阶段是消化和吸收新技术,第三个是自主创新。
现在的风能发电系统,已经取得了很好的成绩,而且发展的速度也越来越快,比如我们国家的风能工业,就已经达到了一个新的高度。虽然现在的风力发电设备和配套设备还不能满足市场的需要,但也有了很大的提升。为此,必须加强对学生的自主创新能力的培养和探究。
新能源是一种非常重要的能源,它在电力系统中的应用是非常广泛的,但随着世界上的能源供应日益减少,人类的需求也越来越大,这就引起了人们的关注。由于风力发电没有污染,建设周期也比较短,投资少,占地面积少,因此各国对分力发电的研究也是越来越多,使得风力发电行业的发展速度也是越来越快。但是,在风力发电过程中,还存在着许多外界因素,这些因素既包括自然环境,也包括人为因素。从自然环境的角度来看,温度、气压、风力等因素都会发生很大的变化,如果发电系统不够稳定,很可能会导致系统的损伤。而从人力的角度来说,风力发电的运行控制是一项非常复杂的工作,如果没有足够的能力,很容易在工作中出错,从而造成风电机组的安全可靠性和系统的异常故障[3]。为此,必须加强对风能新能源的研究,使其在应用中能够更好地保护生态环境。
3 风力发电及其控制技术分析
3.1 风力发电控制技术
风能主要是通过风能来进行的,由于风能和地面间的距离较大,能够在气流中实现能量的转换,进而大大提高系统的效率。在风力发电机组中,由于永磁发电机有着较大的工作质量以及相对较低的消耗,所以在风力机组中获得了较普遍的使用。另外,发电机的生产过程也能够通过模块化的方法实现,这就能够更有效的控制风力发电设备的运营损耗,同时也能够通过矢量控制的方程式,从而改善了直流电流的问题,同时也改善了控制系统的电力控制。
3.2 电力电子变换器控制技术
在风力发电场中,由于其能量转换率较高,因此其转换率较高,同时也可以改善无功等方面的影响,从而提高其综合性能。电力电子变换器在工作时,其本身的工作能力较强,所能涵盖的功率范围也较广,因此其费用并不高。另外,PWM整流器用于风力发电机组的最大功率控制,而在采用整流器时,可以克服有功和无功的隔阂,从而达到更好的应用效果。
3.3 谐波消除技术
在风力发电机组的运行中,由于谐波的存在,整体电力系统不仅会导致电力品质下降,而且还会对电网的电压、频率等造成负面影响。所以要根据实际情况来解决谐波问题,尤其是谐波对风力发电的影响,会造成系统的整体发热,从而影响到系统的正常运转。在消除谐波时,可以采用电力变换器等技术手段来消除谐波和相位,也可以通过调节电容器组来调节谐波对无功的影响。
在解决和治理风力发电机组的谐波时,可以采用有源滤波器和被动滤波两种方法。有源滤波器是一种新型的电力电子器件,它可以在不到1毫秒的时间内,对谐波进行三个方面的补偿,最多可以达到50次。而被动滤波器则是将滤波器与电抗器相结合,它是一种由高通、调谐、等组成的专业LC滤光片。然后,调整电抗器的电感、电容等参数,减小了谐波的频率,使得大多数的谐波都能通过滤波回路,而不会对电力系统中的其他设备造成干扰[4]。
3.4 风轮控制技术
首先,可以利用电力信号的反馈功能来控制风轮的功率,在风轮工作的时候,功率和实际情况都会保持一致,然后通过分析功率的关系,得出最大的功率,然后在下一步的工作中,通过对系统的最大功率和输出功率进行分析,得出一个精确的数值,然后再调整分轮的螺距,这样才能发挥出最大的功率。
此外,还要注意叶片的尖速比,因为不同的风叶在不同的情况下,叶片的顶端会以一种特定的速度移动,这个比例就是叶片的尖速,在控制的时候,可以通过调整叶片的尖速来控制风轮的旋转,从而提高风轮的旋转效率。
3.5 现代化控制技术
智能控制、自适应控制、鲁棒控制等现代控制技术,其中变结构控制技术表现出了更好的响应速度,使得设计的过程变得更容易,也更容易实现,如果要解决多个问题,可以通过鲁棒控制技术来实现。而采用智能控制技术,则可以实现对目标的模糊控制。目前,风力发电机组的建模精度较低,所以在风力发电机组的运行中,采用模糊控制技术,实现风力发电机组的运行。
4 结论
风力发电是一种新的、清洁的能源,它不仅可以为国家的发展、社会的发展提供更多的服务,而且还可以为人民的日常生活提供便利。目前,我国各地的气候变化很大,利用风能资源,可以改善区域内的电力供应,减少能源消耗,减少环境污染,改善人们的生活[5]。
参考文献:
[1]赵继良.风力发电及其控制技术对策[J].现代工业经济和信息化,2022,12(4):269-270.
[2]李松松.风力发电及其控制技术对策[J].电脑爱好者(普及版)(电子刊),2021(6):3919-3920.
[3]罗锦.风力发电及其控制技术对策[J].电脑爱好者(校园版),2020(15):383-384.
[4]秦生升.控制技术在风力发电系统中的应用[J].集成电路应用,2022,39(1):98-99.
[5]林键.风力发电及其控制技术新进展探究[J].中国设备工程,2021(13):221-223.