新能源风力发电技术解析

新能源风力发电技术解析

薛德云

深能南京能源控股有限公司 南京 210000

摘要：近年我国大力推广常态绿色与节能发展，在各行业积极应用可再生能源，其中风能及风力发电成为我国重点关注项目。我国地理纵深优势明显，风能影响范围广、持续时间长且经济性能优越。风力发电符合我国节能减排的政策要求，满足可持续发展战略的实施要求。应合理采用电力技术，提升风力发电水平，拓展生产规模，提升运营效果。

关键词：新能源；风力发电

1 风力发电原理及优势解读

1.1 风力发电原理

风力发电的原理较为简单，主要是通过风力驱动风车叶片运转，运行过程中在增速机辅助下能够进一步增加叶片转速。风力发电设备由风车叶片、发电机两大部分构成。风力作用下螺旋形风力发电机叶片旋转过程提供推动力，将动能转变为机械能。

风力发电机主要由偏航、液压、刹车、控制系统及齿轮箱等部分构成。在发电过程中，齿轮箱和齿轮之间有效配合，协同作用能够提升发电机的运转速度，使实际发电功率处于较高水平，有效保证了输出电力的稳定性。偏航系统最大的作用是结合风向的变化情况灵敏调控风轮的扫掠面，确保扫掠面始终和风向维持垂直状态，提升资源利用率。风机、叶片能够围绕根部中心运作，借此方式增强风力发电系统对不同风况的适应能力。发电系统停机时，阻尼增加，方便发电机停运。停机期间，液压和刹车系统联动运作。

1.2 应用优势

风力发电技术实际应用中有很多优点，也是该项技术应用范畴不断拓展的主要原因，技术应用时要注意实现科学化，其优势包括经济性优良、建设周期短、环境影响小等。

（1）经济性优良。风力发电在应用过程中社会经济效益表现良好，风力发电能力每提高一倍，资金支出减少约15%，风电增长率不低于30%。我国风能资源可利用情况优良，短期内风力发电的相关技术将会有进一步地提高。

（2）建设周期短。风电设备均为预制装配置式结构件，吊装节奏更快，能够有效满足用电、储电需求急切的地区。合理运用风力发电技术，能促进偏远地区实现独立供电，能够有效缓解配电分散情况，满足区域内能源发展方面的需求。

（3）环境影响小。风能应用时不会对环境带来负面影响。近年，我国风能工程建设能力持续增强，生产运营成本进一步压缩。风能设施能够有效承担发电和电峰调节功能，且不会对陆地生态环境造成影响。

2 相关技术分析

2.1 风功率预测

（1）按照预测周期可分为超短期、短期及中长期预测。超短期预测多用于风电实时调度；短期预测法适用于调整机组组合与备用资源；中长期预测法在测评风电系统维护效率与风能资源调配合理性方面表现良好。

（2）依照预测模型可分为物理法、统计法及组合模型法。物理法是利用设施装置模拟风电场周边区域的气候状况，获得风向、风速、气压及空气密度等参数，在此基础上建设风电功率模型；统计法运用数学函数，结合相关性分析获得预测结果，计算得出既有数据和预测数据之间的数学关系，统计法主要运用的数学工具为时间序列及机械学习算法；组合模型法是通过整合其他功率预测法，构建与实际情况较为符合的预测模型，综合各类预测方法优势，获得精准度较高的功率预测结果。

2.2 风电机组功率调控

理论上，当风能密度足够大时，发电机自身的功率对风力发电系统的发电能力起到决定性作用，在系统运行过程中应合理运用功率调控技术。发电机组的功能是实现风能、机械能、电能之间的转换。发电机组所在环境风力较小，应尽可能增强发电机组捕获风的能力，提升发电功率；发电机组周边风力过大，应综合分析机组结构强度和发电容量，减少或规避机组过载情况，确保机组安全、可靠运行，维持发电功率的稳定。常用风电机组功率调控技术包括定桨距失速调控、变桨距调控以及风轮控制。

（1）定桨距失速调控。技术应用时在具有一定刚度的结构上固定螺距风机叶片和轮毅，采用焊接方式连接。定桨距失速调控技术能够精简放点系统结构，维持风电机组运作过程的平稳性。随风速改变，涡轮机输出功率作出相应调整。风机叶片的焊接固定，导致无法依照风速实际变化情况完成动态调整，较难提升风能资源利用率。

（2）变桨距调控。其应用原理是通过调整、控制桨距角度，完成对发电机组输出功率的调节。实践中，若检测到发电系统输出功率明显低于额定功率，桨距角全程保持在零度时，可以断定环境风力大小对输出功率高低起决定性作用；若机组所处环境风力偏大，机组输出功率显著高于额定功率时，系统将结合实测输出功率自动调控桨距角，使输出功率在额定功率之下，防止发电系统过载损坏。变桨距调控属于一种主动型控制技术，能够对风力发电系统实现闭环管控，在防控桨距失速情况方面应用性较好。变桨距调控技术能够确保风轮旋转以后，在正桨距角相对较大的工况下也能形成较大的启动力矩，在停机时将桨距角维持在90°，有益于降低风轮空转速度。

3 风力发电技术的发展趋向

3.1 大容量风电系统

国内在大容量发电系统研发及应用方面还有较大的发展空间，风力发电机组装机容量持续增大，发电系统结构及控制系统的设计难度相继提高，各类新材料、新工艺的出现，将逐步解决风力发电系统大容量、高可靠性和高性能等方面要求。大容量直驱永磁同步发电机将成为风力发电技术的重要发展趋势之一。

3.2 风光互补发电系统

系统采用风能与太阳能之间的互补性，在蓄电池组内存储太阳能以及风力发电机产生的电能，电能峰值调节情况下，逆变器以输电线路作为载体将蓄电池组存储的电能供给至负载处。昼夜互补情况下，日间太阳能发电，夜间风能发电；季节互补情况下，根据季节和季风环境下的日照、风向、风力等情况完成互补调节。我国成功研发了模拟风力、光伏以及互补发电系统等相关软件，基于模拟仿真状态处理实际问题，适用于道路照明、通信、电站等多种领域。

3.3 风电发电机组的智能化控制

发电机组的控制工作难点主要包括风向、风速的随机性与不确定性，气体的流动性及可压缩性等特征。智能控制系统将充分调节风力发电中定桨距失速、空气动力技术等内容，当电场风速在额定转速以上时，桨叶经系统调控会自动进入到失速调控状态，确保功率处在允许区间内。变桨距控制运用空气动力学基本机理，参照实际风速的大小精准调节桨叶节距等指标，实现对空气动力转矩的有效控制，使风电系统运行可靠性得到保障。变速风力发电控制技术应用过程中，应确保叶尖比值结果处于最佳状态，提升风能资源的利用效率。

3.4 风力发电并网

采用增设变频器的方式，能够有效改善控制系统的功能应用，规避失步、无功振荡等不良情况。异步风力发电机组运行一定时间将执行无功补偿过程，鉴于冲击电流对系统运行状态会产生一定干扰，所以相关部门要密切监测发电机组的运作状态，在线监测是未来风力发电技术应用领域研究的重点内容。

4 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。研究和发展过程中，应重视风力发电技术的创新应用，持续提升发电技术水平，提升发电系统的综合效益，为我国电力行业持续发展保驾护航。

参考文献

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[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.