新能源风力发电技术解析

新能源风力发电技术解析

邹彦德

中车长春轨道客车股份有限公司， 吉林省长春市 130062

摘要：能源的开发和利用直接关系到我国整体经济建设的发展速度和发展方向，是我国基础建设之基石。中国经济的发展促进了国家综合实力的提升，而在发展过程中，中国对各种能源的需求量也在逐渐增加。对传统能源的使用不仅会导致能源资源越来越少，更会给生态环境造成严重破坏。相关部门采取了各类有效措施促进新能源的开发和利用，目的是尽可能减小传统能源开采和使用过程对生态环境造成的影响，这有利于提高中国的环境质量，因此必须对生态环境保护下的新能源风力发电技术开发进行深入研究。

关键词：新能源；风力发电技术

引言

高新技术的快速发展给予了我国各行业新的发展方向，加速我国整体经济建设的发展进程，为我国提前进入现代化发展阶段贡献力量。随着传统化石能源如石油、天然气等的逐步枯竭，风能、太阳能、核能等清洁能源已逐步发展为当今世界不可或缺的新能源，风能更是成为位居前列的开发能源。

1风场建设的难点

1.选址规划与建设方面,风的能量密度小且风速不稳定，决定了风能资源的区域性、季节性和不稳定性。风力发电从选址建设到运营维护全程受到自然环境限制，特别是风电场的选择与建造，风电场必须建立在风力大、时间久等风能条件充足的地区。同时，风电项目开发选址涉及所在区域的发展规划、风资源丰富度、电网接入、政府规划、已建项目、地类属性等方面的考量。同样是风电开发建设流程中的重要环节，风电场选址的科学性、合理性、全面性在风电能源体系建设中尤为重要，因此风电场的选址规划与建设长期存在困难。2.运营管理方面,风力作为新能源，风电场会受到风力变化的影响，导致风电机组的风轮输出电流不稳，增加机组与电网的运载负荷。传统供电商既要保留传统的发电厂，应对风力资源匮乏时的电力短缺，又不得不在风力资源丰富时关闭传统能源发电设备设施，以便接收从风力转换而来的峰值电流，这样在客观上增加了风力发电的运营成本与风险事故的发生概率。

2风能的利用

风能实际上是空气由于流动而具有的动能，它很早就被人们利用．近代之前，人们主要是通过风车利用风能来抽水、碾磨谷物等．风车作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用．地球上可用来发电的风能资源约有100亿千瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍．目前正在大力开发和利用的风力发电，其原理是利用风力发电机组把风能转化为电能，具体的发电过程是，利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来驱动发电机发电．依据风车技术，风能是一种清洁无公害的可再生能源，利用风力发电不会产生辐射和空气污染，非常环保，且风能资源非常丰富，因此风力发电受到包括我国在内的世界各国的重视.

3新能源风力发电技术

3.1风力发电机

风力发电机在运行期间，经常会受到诸多因素的影响，例如风力变化、气象因素、机组设备、人为因素等，这些因素都会引发各种故障的产生，不仅会影响风力发电机的正常运行，还会导致风力发电效率下降。因此，必须做好风力发电机的运行维护，有针对性地解决各项故障，确保其运行的稳定性，延长使用寿命，提升风力发电的效率。另外，风力发电机与其他发电设备有着很大的不同，不仅其成本较低，在没有故障的前提下，运行效率也较高，为风电场生产带来保障。

3.2双馈风力发电系统

随着我国“双碳”目标的提出，风电产业发展迅猛。双馈风力发电系统因具有发电效率高、变流器容量小、可实现变速恒频运行等优点受到广泛应用。在双馈风力发电系统中，双馈感应发电机（DFIG）的定子直接连接电网，转子接背靠背变换器，并与电网相连，定、转子都参与了馈电。因此，DFIG的运行控制主要是对背靠背变换器的控制。网侧变换器主要实现2个控制目标，即对直流电压的控制和电机转子与电网之间双向有功和无功功率的流动。转子侧变换器主要实现对DFIG定子输出有功、无功功率的控制。目前，双馈风力发电系统主流控制为矢量控制和直接转矩控制2种控制策略，参考值无静差跟踪能力的掌控是2种控制方法的核心。为了提升风力发电系统变换器的控制性能，模型预测控制（MPC）成为研究热点。MPC通过结合控制系统的当前状况和构建的数学模型，预测未来可能的状态，再依据所设计的价值函数比对参考值与预测值的误差，在线寻找最优结果的控制算法。以系统功率为控制对象，提出基于瞬时功率理论的DFIG转子侧模型预测功率控制方式，与直接功率控制相比有较好的稳态特性。对模型预测功率控制进行双矢量的拓展研究，在双矢量功率控制中将单个控制周期分为有效矢量和零矢量，从而降低功率脉动。建立基于模型预测电流控制（MPCC）的DFIG数学模型，并以转子电流为实际控制对象，研究结果表明MPC控制器有效提高系统动态响应。

3.3风力发电从

陆地向海面拓展。广阔的海洋资源以及风能的巨大潜力，加快了风能发电从陆地转移到海面的步伐。海洋中丰富的风能资源和现代技术的可行性，使海洋成为一个发展迅速的风能和电力市场。目前，中国辽宁、山东、江苏、广东、海南等地的风力条件独特，如果利用它们进行开发，不仅可以缓解供电电压，而且可以显著减少因火力发电而造成的二氧化碳排放。

3.4直驱永磁风力发电系统变流器拓扑结构

目前，考虑到功率电子器件安全运行时的额定电压和电流约束，两电平全功率逆变器广泛应用于690V以下的低压电力系统中。机侧被动整流拓扑的机侧变流器采用二极管不控整流形式，网侧变流器采用IGBT三相全波结构，在直流侧增加了斩波稳压电路，此种结构又称为无源整流。机侧主动整流拓扑的机侧变流器和网侧变流器均采用IGBT三相全波结构，也称之为有源整流。无源整流拓扑由于机侧变流器采用了单向二极管，能量只能从风力发电机侧向电网侧传递，而无法从电网侧向机侧传递能量。为更好地控制输入电流，在直流侧加入了斩波稳压电路，进而改变输入功率与输出功率之间的转换效率。这种方法结构简单、工程建设成本低。有源整流拓扑由于在两侧均采用了全波整流结构，控制灵活，可实现能量的双向传递，但需要考虑谐波抑制，工程建设成本较高。

3.1选址智能化

风电场需要根据区域属性选定开发场址，在项目初选阶段通过大数据技术获取目标地区的准确数据信息。通常如果目标区域无测风塔实测数据，一般根据中尺度数据结合周边测风塔进行风资源评估。通过海量的数据分析，现阶段新建风电项目中，如果项目周边有测风塔或已投运的其他风电项目，可以采用测风塔数据或已运行项目风资源数据进行分析，一般来讲，测风塔距离目标区域20km以内具有一定的代表性，可以作为选址的依据。但是由于中尺度数据准确性远不如测风塔实测数据，中尺度数据仅供前期选址评估，确定拟选区域后通过立塔测风或激光雷达测风，进一步真实反映本区域风资源情况，使智慧风场选址更加科学、合理，选址过程更加智能。

结语

在未来社会经济持续发展过程中，风力发电技术将有更广阔的应用空间，通过提升风能资源的利用效率，能有效弥补传统能源应用时出现的能源缺口，有效保护生态环境。

参考文献

[1]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.

[2]何永秀,吕媛,车怡然.基于地区用户成本的分布式风力发电长期规模预测[J].山东电力技术,2021,48(12):21-28.

[3]侯杰.探究风力发电并网技术的应用及电能质量控制策略[J].中国设备工程,2021,74(21):261-263.

[4]王强,张雪辉,王星,等.贵州山地地区风力发电技术发展探讨及展望[J].科技和产业,2021,21(7):253-259.