變速變槳距風力發電機組控制策略優化分析

羅華兵　李順云　丁祥

摘要：隨著經濟科技的迅速發展，各國對能源的開發與利用也開始有了新的想法和變化。風能作為一種清潔的可再生能源，更是越來越受到各國負責能源開發與利用的相關工作者們的重視。風能的潛在蘊含量非常大，全球的總風能目前的預測數據為MW，并且其中可利用的風能也達到MW，也許單純的數字并不能充分顯示出風能的可利用，但是通過與其他能源的相比較就能明顯看出風能可開發利用的儲量有多大，風能是地球上可開發利用的水能總量的十倍甚至更多。

關鍵詞：變速變槳距；風力發電；風能開發；機組控制；優化

風能的能量密度低，風能相比其他各類能源也更加不穩定，雖然開發潛力巨大但是其中的困難也是相對較多。目前大型風力發電機組的控制問題也比較困難，變速變槳距風力發電機組無論是在低于額定風速還是在高于額定風速方面都有著不同的控制方式與控制策略。另外，變速變槳距風力發電機組在進行初步風力發電建模的過程中也會出現各類問題。本文將針對目前已有的問題以及如何進行變速變槳距風力發電機組的控制策略優化做出簡單分析，以供廣大讀者參考。

一、變速變槳距風力發電機組控制的概念簡述

1.變速變槳距直白的來講就是指風力發電的一種混合式調速方式。其中，變速變槳距風力發電機組還應當將變速以及變槳距分開來解釋：（1）變速是指風機變速器，風機變速器由多種部件組成，主要功能是通過變速器當中齒輪組的不斷變化來達到控制發電機轉數的目的，最終保障發電系統中發電機的電機電壓及電流更加穩定。變速器特征明顯，功能作用明顯。另外，隨著科技的不斷發展，變速器也開始采用新型的轉數傳感器，這也為齒輪組的轉動和工作帶來了更好的硬件條件。（2）變槳距具體可以分為風機變槳調節的兩種狀態，一種是指正常運行的連續變槳，另一種是指停止狀態下的全順槳。連續變槳距是指風機在開始啟動時槳葉由90°向0°方向轉動，與此同時，并網發電槳葉在0°附近進行調節。這種狀態下風力發電機組的整體狀態比較穩定，對于風力發電的整個過程來說是非常重要的。還有就是液壓變槳系統的連續變槳，這一類的具體運行方式是由液壓比例閥控制液壓油的流量大小來進行位置以及速度的控制。更多的是在風機停機或緊急情況的狀態下，緊急情況時為了為了能夠及時停止風機，槳葉將快速轉動到90°，一方面是為了確保風向能夠與槳葉平行，使槳葉失去迎風面，停止轉動；另一方面則是利用槳葉通過橫向拍打空氣進行制動，從而確保風力機組能夠迅速停機，這也就是我們所說的全順槳。

2.風力發電是目前電力市場上所有發電方式當中最為清潔的能源，沒有之一，風力發電是指通過有效方式將風的動能轉變為機械動能，再把機械能轉化為電力動能。風力發電簡單無污染，是利用風力帶動風車葉片旋轉，然后透過增速機將旋轉的速度提升，從而實現風力發電。風力發電在很久以前就已經有所記載，但是歷史上的風力利用大多是通過風力進行抽水、磨面等工作，并且風車技術也非常落后，并不能進行發電。而目前的風車技術則是大大不同，最小的風力是每秒三米的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。到目前為止，風力發電已經成為了世界上電力能源開發的一股熱潮，因為風力發電清潔無污染，也不需要任何的原料，更不會產生任何的輻射或污染。

二、優化變速變槳距風力發電機組控制重要性

1.通過使用風力發電的電力能源開發方式已經成為當前電力開發的一大有效方式。當前隨著經濟的迅速發展，風能市場也迅速擴大。風力發電相比其他的發電方式更加清潔無污染，發電過程也相對簡單，從2005年開始，全球的風力發電能力相比之前翻了一番，2008年至2009兩年之間，全球風能發電裝機容量擴大到35%。2010總體電力發電能源在16萬兆瓦左右。預計未來的20年內，世界風能市場每年將遞增25%左右。隨著當前社會的科學技術的進步以及環保事業的發展，風能發電在商業上將完全可以與燃煤發電競爭。

2.中國的風力等新能源發電行業的發展前景十分廣闊，預計未來很長一段時間都將保持高速發展，風力發電的電力發展一方面能夠給電力能源帶來新的能源資源，另一方面也為市場上的相關技術開發以及工作者們帶來了更多的盈利機會。風力發電的技術不斷提高和逐漸成熟穩步提升，也為經濟的進步和發展帶來了前所未有的發展機會。2010年到現在，風力發電行業的利潤總額始終保持高速增長，并且在之后的幾年其增長速度也持續穩定在60%以上。由此可見風力發電在電力能源市場上的潛力巨大。

三、如何有效優化變速變槳距風力發電機組控制策略

1.更新傳統的變速變槳距風力發電控制系統。傳統的變速變槳距與新型的變速變槳距風機有著較大差距，傳統的變速變槳距控制主要以發電機的轉速作為變槳距的控制量，一方面是轉速速度有待提高，另一方面，其轉速的濾波反饋信號以及轉速給定值之間的偏差也相對較大。除此之外，傳統的變速變槳距在不同的風速情況下，也會出現不同的槳距角，而槳距角的變化對于風速而言又是非線性的，因此就直接導致槳距角很小的變化就對轉矩產生較大的影響。那么通過最新的研發而使用新型的變速變槳距就能夠有效控制槳距角的變化，使轉速給定值更加準確，與此同時也能夠通過改變控制器的全局增益使其與槳距角之間的關系更加穩定，從而達到更好的控制變速變槳距風力發電的目的。

2.進行變速變槳距風力發電機組的風力機模型制造過程中，就進行嚴格的特性觀察以及性能檢測，確保投入使用時能夠達到效益最大。變速變槳距的風力機模型對于后期的風力發電以及發電機組的控制規律的研究都有著至關重要的作用。模型是制造風力發電機組初稿，性能健全完善的風力發電模型能夠更好的保障風力發電機組后期的風力發電。然而，在風力發電機的模型時期，并不能完全的進行變速變槳距風力發電機組的控制，這也算是風力發電機組模型的一大缺點，但是做好風力發電機組的模型，能夠更好的進行風力發電機組的建設和功能預測，這也就為后期的風力發電提供了更好的風力發電基礎。

3.增加變速變槳距風力發電機組控制的檢測時間，在變速變槳距風力發電機組的運行過程中進行更多的相關數據監測以及策略更新。當前社會的科技知識不斷更新，這也就表明電力發電技術也在不斷更新換代，只有及時更新相關的變速變槳距風力發電機組和系統，才能夠更加及時有效的對變速變槳距風力發電機組的控制進行優化。

四、總結

總而言之，風能市場的不斷擴大自然而然的給風力發電帶來了巨大的市場，也給變速變槳距風力發電機組的控制優化方面帶來了新的挑戰和機遇，只有不斷完善和改進變速變槳距發電機組，才能夠優化風力發電設備，提高對風力發電設備的控制，為我國的風力發電能源提供高效的開發技術，為我國的經濟發展提高豐富的電力能源。因此，優化和提高變速變槳距風力發電機組的控制也就是提高我國風力發電能源技術的基礎方式之一，相關工作者應當盡心盡力，為國家的能源開發做出貢獻。

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