风力发电及其控制技术对策

风力发电及其控制技术对策

王战博

大唐陕西发电有限公司新能源分公司，陕西 西安 710000

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.