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

杨超  范祥林

中国电建新能源集团股份有限公司东北分公司   吉林省松原市 131500

摘要：在各个领域飞速发展中电力事业也紧跟时代步伐，不仅推动行业的飞速进步也在这一过程中迎来新的挑战，为了提升生产质量与安全性风力发电应运而生。阐述新能源风力发电中的控制技术特点，风力预测技术涉及短期和中期，短期可以对风电系统的涡轮机进行科学合理调整优化，中期能够对发电系统辐射范围内的风力情况做出合理判断。

关键词：新能源；风力发电；控制技术

引言

我国目前正处于经济飞速进步的段，能源与电力的损耗量较大，并且，因为地理资源十分多样以及结构非常烦琐，在风能发展过程中有着非常多样的优势。但是，我国风力发电的实际操作过程中还具有大量的问题，怎样更好地利用风力发电技术，最大化发挥其应用优势，也是现阶段需要思考的关键问题之一。

1风力发电系统的工作原理

风力发电借助风能进行发电，风力发电系统是将风能转化为电能的主要装置，其运行组件有发电机、叶轮、桨叶、变速箱、变流器等，是新型发电模式的主要代表之一。因其所利用的风能属于清洁能源，所以在当前电力能源开发中应用十分广泛。风力发电系统的工作原理，由桨叶收集风能后经过主轴承和齿轮作用转化为机械能，再通过异步发电机将机械能转化为交流电形式的电能，接着借助变流器的作用使交流电电压得以平衡，形成生活生产所需的与电网电压同等水平的交流电，经变压器直接进入电网中与供电系统对接，供人们使用。

2风力发电系统的构成

风力发电系统主要是由风力发电机组、变频器、并网控制器、逆变器等部件组成，各个部件都有特定的功能。其中，风力发电机组是核心部件，经由叶轮将风能转化为机械能，然后驱动发电机产生电能；变频器用于调节风力发电机组的转速，以保持最佳发电效率，降低系统运行能耗；逆变器负责将风力发电机组产生的直流电转换为交流电，为家用电器的正常使用供应电能；并网控制器负责将风力发电系统与电网连接，将产生的电能源源不断地输送至电网，传输给千家万户。

3新能源风力发电中的控制技术

3.1可视化控制技术

风力发电自动化控制系统是由多个类型的设施组成的，在进行管理工作时需要对这些设施进行操作，这不仅需要很高的专业技术，而且工作量也越来越大，对工作的效率和质量造成了很大的影响。在风电自控系统中，若维修与运行人员的业务水平不高，很容易给风电自控系统带来新的失效问题，严重时还可能危及到员工的人身安全。为了减少这种影响，可以使用可视化控制技术，在风力发电自动化控制系统设施的生产中，将设备的工作原理与可视化编程技术、数据通信技术等结合起来，形成可以安装于手机端的移动APP软件，也就是风电可视对讲系统，其具有良好的兼容性，可以适应不同的手机操作系统。工作人员在手机上安装了相应的 APP之后，就可以获得一个良好的可视化操作环境，即只要在手机上操作一个可视化界面，就可以对风力发电自动化控制系统的运行状态进行管控，从而极大地提高了风力发电自动化控制系统的便利性和可靠性，也大大降低了不必要的工作量。

3.2风电新能源并网技术

目前应用比较广泛的是仿真技术、电力调度技术、风电功率预测技术、试验检测技术等。仿真技术是工作人员利用风电模型模拟风电系统运行过程的技术，利用模型找出系统运行中的不足，优化风电系统，该技术的仿真度高，误差小，应用比较广泛。电力调度技术以风电功率预测为基础，保证电网的稳定性，有效降低风电能源的不利因素对电网的影响，利用时序递进方法来提升系统的科学性。风电功率预测技术可以结合多个天气预报模型来预测风速、风向等数据，进而推测出风机的风速、风向，计算出风机的输出功率。该技术克服了恶劣天气对功率预测的不利影响，通过数字模型来预测风电的功率，了解风电波动规律，实现对风能的精准控制。试验检测技术是通过大量试验来获取风电并网参数的技术，通过对参数的研究，评价电网的性能，同时通过检测风电场并网的电能质量、有功功率调节水平等内容，实现对系统的优化，确保系统稳定。

3.3变速恒频风力发电机组并网技术

按照风力资源最大化应用的原则，变速恒频风力发电机组并网技术更具应用价值。这是因为此项技术可以使风力机的转速处于比较稳定和较大的状态，风能利用系数及风力发电机组的输出功率达到最高，所以需要严格控制风力发电机组的功率输出，以达到风力发电机组最佳效率运行的目的，发挥变速恒频风力发电机组并网技术的优势。变速恒频风力发电机组并网技术的应用可以彻底消除冲击电流，动态调节风力机、发电机的转速，采用阻抗匹配和功率跟踪反馈的方式，还能进一步提高风力发电机组的运行效率，持续稳定地向电网输送高质量电能，因而备受青睐。

3.4现代控制方法

现代控制的形式重点涵盖了结构控制、鲁棒控制、智能控制等方式，只有响应速度更快才不会受到系统参数改变影响，还具有功能便利易于操作等优势，进而在风力发电系统频繁使用。而鲁棒控制主要能够对多变量问题进行处理，而要是出现了建模误差、参数不合理与位置不确的控制情况，能够直接采用具有较强稳定性的鲁棒控制方式进行处理。另外，模糊控制作为非常典型的智能控制措施，其主要优势为可以把专家的知识与经验表达当成控制的语言能力，而并没有凭借被管控的对象计算数学模型，可以处理好由非线性因素造成的影响，同时对被控对象有着较强的鲁棒性。

3.5主动尾流控制技术

在大型风电工程中，由尾流造成的发电损失是一个亟待解决的问题。在风电场的智能调控方面，可以将风电场的实时数据与深度学习的数据相结合，以多源数据为基础，实现对风场的优化调控。基于尾流调控的新型风电机组运行方式，通过对风电场运行方式的研究，使其通过减少尾流而产生的发电增量大于通过主动减少尾流而产生的发电损耗，从而达到风电场全局发电能力的最大化。

2.6螺旋桨控制技术

这种技术在使用过程中，需要和实际风力大小进行有效结合，对螺旋桨距角度合理调整，从而实现功率调节的目标。这种技术可以使用不同环境中，也可以对不同运行环境的角度进行调整。如果风机功率无法达到标准数值，螺杆控制技术难以对角度进行调整，只能将其维持在0°；如果风机运行输出功率大于额定功率后，需要使用到变桨控制技术的作用，将其运行功率调整到与输出功率的额定范围内。

结语

综上所述，随着人们对电力能源需求量的增多，能源与人类发展、与环境发展之间的矛盾愈加突出，清洁能源的开发利用成为能源结构的主要发展方向。风能作为可再生清洁能源被广泛开发利用，通过风力发电系统的运转将风能高效转化为电能，满足人们的用电需求，并大大减少对自然环境的污染影响。而风力发电系统的稳定运行必须重视控制技术的应用，在风力发电系统中合理运用定桨距控制技术、变桨距控制技术、风轮控制技术、微分几何控制技术等，能够保障系统的有序运转，发挥风力发电的最优效用，提升风力发电整体质量。在未来的电能开发利用中，还需进一步深化风力发电系统控制技术的研究，推动风力发电模式的创新发展。

参考文献

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