新能源风力发电中的控制技术分析 

新能源风力发电中的控制技术分析 

1韩方伟 ,2徐印博 ,3李斌 ,4信家铭 ,5高浩源 ,6申森

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3身份证号：21122119860409065X4身份证号：210111198906060510

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摘要：电力供应缺口逐年扩大，传统能源发电引发的环境问题日益突出，利用绿色能源技术是大势所趋。文章介绍了新能源风力发电系统的工作原理、现存问题、未来前景等。针对风电系统的诸多不确定因素，运用新能源风力发电中的控制技术，实现实时检测和动态调整，提升发电效率。

关键字：新能源；风力发电；控制技术

导言

对于电力能源的需求不断提升，传统的发电方式，一般为通过燃烧大量的化石燃料来产生电能，而通过这种方式生产电力能源不仅可持续性较低，还会在其生产与利用的过程中产生环境污染。环境污染一直是制约我国经济快速发展的难题，经济发展同时又依赖电力等能源作为支撑。因此，为构建可持续发展型社会，就必须加快转型我国现有的能源结构，增强对无污染的清洁型能源的利用。近年来，随着生态环保发展理念的深入人心，以风力发电为代表的创新性、清洁型能源生产模式获得广泛运用，风力发电虽然已经能够替代一部分传统的火力发电，但在应用风电能源的同时，还必须关注电力生产的成本与质量，进一步深化对风力发电技术的研究，有利于增强风电能源的安全性、适用性。

1风力发电的特点

风力涡轮机主要利用风的影响驱动风扇叶片产生机械旋转，在叶片加速设备的推动下，叶片处于恒定旋转的状态，此时会产生一部分的机械能量，能量可以向发电机提供电流，促使发电机的正常运行。一个简单的风力发电设备仅需要风扇叶片以及一个发电机装置即可构成。因此，简化的风力涡轮机仅由风扇叶片和发电机构成。通过风能驱动螺旋叶片的旋转并将空气动力能转化为机械能，风扇叶片与发电机的旋转齿轮相互连接，风扇叶片在不断转动的过程中，为发电机旋转装置的运行提供驱动力，并将风扇叶片旋转带动产生的机械能力转化为电力能源。当今社会对于环保问题的关注有效促进了风能技术的发展，但也导致了风能系统复杂性的增加。传统的风力发电系统主要包含变速器、液压系统、控制系统等。例如，变速箱中的齿轮组合可以加速发电机的运行，逐渐增加发电机的功率，最大限度地提高生产稳定性。偏航系统主要是结合实际运行情况调整风轮的扫掠面，保障风轮扫掠面与风向始终处于垂直状态，达到对风力资源的最有效利用。各系统有效协同充分发挥作用，通过加强机组控制，确保风机的稳定性。为了使风电系统始终维持在稳定的电压，需改变电力系统中风扇和风力涡轮叶片的倾斜，在根部的中心旋转以有效地满足风力系统的不同操作条件。风力涡轮机静止时，叶片被抛弃，阻尼增加，有助于风扇停止。当装置停止时，液压系统和制动系统可以一起工作。现代风力电气系统以控制系统为基础，与频率下，达到系统自动并网与脱网的目标，同时还能有效监控整体系统，若系统发生异常，能够发出警报信息提供控制人员，及时处理风电系统故障，或直接进行停机处理。

2风力发电关键技术

2.1风力预测技术

在风力发电领域，风力预测起着非常重要的作用。主要是因为风力发电能力不稳定，往往受风力的大小影响。风力越大，风持续的时间越长，风电机的发电能力就相应高，反之亦然。空气发电站产生的电力最终会被电网吸收，但由于能量分布的不稳定性，很难与风力涡轮机连接。因此，需要对风能进行预测，并根据预测调整电网分布，这不仅能提高电网的稳定性，还能提高电网的接入率。目前，预测风能的最常用方法是使用各种技术进行模拟预测或预测，从而达到精准预测风力的目标。以预测周期为划分标准能够将其分为短期与中期两种类型，短期预测通常指风力涡轮机的规划和运行。中期预测则能够有效预测一定范围或区域内风力大小的评价。以预测模型为依据，能够将风力预测技术划分为物理建模、统计建模和耦合建模三种。物理模型方法是根据模拟风电场气候变化的气象原理，侧重风向、习惯、压力和空气密度等因素，根据模拟结果进行模拟，这种确定风扇性能预测模型的方法与风扇性能模型相互作用，以达到风扇性能预测目标。但是，由于其效率受风速随机性的影响，因此存在一定程度的误差。统计建模方法必须基于数学工具建立功能关系，包括用于识别统计结构和对象预测以及功能关系中风强度变化的模式。这种预测风力的方法主要包括在面对面预测中挖掘风力数据。在实际应用过程中，该算法直接影响预测结果的准确性。目前，主要使用时序算法和机器学习算法两种。综合预测模型的性质特征则相对复杂，可基于前两种预测模型的优势与不足，开发合适的预测模型，通过结合不同预测方法的优点来提高预测的准确性。

2.2功率控制技术

为了进一步提高风力涡轮机的稳定性，延长相关设备的寿命，工作人员需要增加对风力涡轮机驱动技术的使用。当风力涡轮机用于发电时，该装置必须能够准确地捕获风力资源并将风力产生的机械能转换成电能。为了最大限度地提高风能运行的稳定性和安全性，提高其质量，发电必须在一定的时间间隔内完成。目前广泛使用的风机功率控制技术具有以下主要特点：

2.2.1固定螺距失速控制技术

若想应用这项技术，需要工作人员提前连接轮毂与旋转风扇叶片，确保其固定并满足刚性要求。该技术在结构上比较简单，在实际应用中比较稳定。但该技术也存在明显缺点：在应用过程中，风扇角度不能根据实际情况进行调整。固定螺距失速控制技术的理论基础是基于空气动力学，涡轮可根据实际风力大学进行调节。但是，在实际应用中，使用该技术对风能发电机进行调控，难以有效地捕获风能，对电能生产造成不良影响。

2.2.2螺旋桨控制技术

这项技术的作用在于结合实际风力情况，对螺旋桨距角进行调整，以达到调节涡轮功率的目的。该技术适用于各种条件，可根据不同工况对桨距角进行一定的调整：如果风机功率达不到额定值，螺杆控制技术不调整螺杆桨距角度，将其保持在0°左右；当风机机组实际输出功率超过额定功率时，应使用可变桨控制技术将实际风机功率与发电机实际功率相结合，相应调整螺杆上升角度，使风机实际输出能力控制在额定范围内。在运行过程中，风扇单元由控制系统控制，以确保螺杆调节控制的效率。螺旋桨位置调整技术可以有效地解决螺旋桨位置被动静止的问题，确保风扇旋转到一定程度，调整螺旋桨位置角从而获得全初始扭矩的更大参数，在停止状态时将螺旋桨位置角保持在90°，能最大化风扇效率。

2.3无功功率和电压自控技术

由于该技术的自动化程度相对较高，需要多个系统参与安装调试，如空气和电压的自动控制子系统。该技术允许控制系统和其他子系统直接集成到监视系统或外部交互中，并同时保持子系统独立。风电机组运行时，子系统可自动收集相关运行参数，并借助通信线路将采集的参数传输至综合控制系统。无功功率和电压控制系统有两个主要应用：远程控制和现场控制。当变电站被远程控制时，它可以自动跟踪需要无功功率和电压控制的目标。在设定现场控制模式时，变电站将预设的电源电压与目标曲线相结合，以达到控制目标。通过无功功率和电压自动控制技术还可以手动控制变电站的运行或风电场的关闭，结合人工与自动化技术，提升风电运行的稳定性。在应用该技术时，子系统能够稳定风扇自身的无功电压，并充分保障无功电压的稳定性。如果无功补偿单元本身不能及时调整无功电压，变电站也可以调整无功补偿，确保无功功率的平衡。

结束语

总之，风力发电是一种采用清洁、可再生能源的新型发电方式。我国每年在能源消费方面居世界前列，清洁能源的高效利用在节能减排、低碳环保方面都有十分重要的意义。但风力发电场大多建立在地广人稀的区域，在风况监视、机组参数、优化控制方面的问题较为复杂。风力发电是大范围、强风速扰动的非线性系统，正确把握平衡点位置，使整个控制系统视来流风速的变化而变化尤为重要。

参考文献

[1]宋剑波.风力发电技术的现状与发展综述[J].集成电路应用,2022,39(04):148-149.

[2]席军.风力发电技术的研究现状[J].科技创新与应用,2020(06):150-151.