調頻技術在風力發電中的運用

王虎成，張發（中廣核風電內蒙古分公司，內蒙古呼和浩特　010010）

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調頻技術在風力發電中的運用

王虎成，張發
（中廣核風電內蒙古分公司，內蒙古呼和浩特010010）

摘要：作為現代社會電網發電系統當中的重要技術，風力發電逐漸受到了社會的關注，并對之不停地加以改革和系統化，期待實現類似于傳統電源發電的頻率調節等功能。文章結合風力發電的當前狀況以及調頻技術在其中的合理應用，主要包括了變速風電機組轉子慣性控制、超速控制、變槳控制以及組合控制四方面，并給出了在風力發電當中調頻技術的合理運用需要關注的重點問題，希望能對風力發電的相關發展起到一定的作用。

關鍵詞：調頻技術；風力發電；運用

1　轉子慣性控制技術

當前社會下的風力發電技術已經有了較好地發展，而它的發電機型主要有定速型和變速型兩種。傳統的風力發電機大多數都采用了鼠籠式發電機，這種風力發電機最大的優點就是能夠主動為整個電力系統的運行提供必要的慣性支持，但是在另一方面，它的容量十分的小，而且在頻率調節的過程中起不到任何作用。在兩種風機當中，一般采用率較高的是變速型風電機，它具有很好的電力電子變流器控制功能，導致其機型波動范圍一般較大。另外，由于它具有變速性質，在發電系統中操控起來也就自然顯得方便靈活。由于風力發電技術并不是那么出彩，目前的風電能源一般會選擇最大風能捕獲以及控制的裝置，在這樣的狀況下，風機只能運行于最大功率周圍，無法采用調頻的相關技術，更加無法有效合理的操控，也沒有備用的容量，造成了很大的缺陷。盡管變速型風機具有很多缺陷和不足，但它本身可以進行良好的控制操縱，只要在控制目標以及策略上進行一定的調整完善，就可以充分的使發電機組適應系統頻率的波動，并作出相應的反應，也就實現了頻率調節功能。

2　轉子超速控制技術

相對于轉子的慣性控制而言，轉子的超速控制可以更有效且全面地對轉子運行的速度進行合理控制，也就可以使風機不再處于最大功率的點上，從而保留一部分的功率備用，并且可以將其用于頻率調節當中。轉子超速控制的技術目前主要包括對控制環節的設計與風機運行模式的改善，比如在現有的雙饋風機使用中，轉子超速控制的使用須在額定風速以下，同時轉子超速控制可以有效增加輔助的頻率控制。當風機的頻率下降時，轉子轉速也會跟隨下降，這樣不僅可以通過部分動能的釋放來調整提高頻率反應變化能力，同時也可以大大增加整體機組的發電功率，在其中，也就實現了頻率調節的功能。雖然轉子超速控制具有以上的優點，但它在頻率調節的過程中，存在著控制和操縱上的盲區。當風速達到甚至即將超過額定的數值后，機組會主動地通過對槳距角的控制來實現功率的平穩，此時轉子轉速的提高對功率已經失去了主要的提升作用，因此，轉子超速控制的運行僅限于額定風速以下。

3　變槳控制技術

在風電發電現有的調頻技術當中，在風力變化較大的地方一般會選取變槳控制的方式。變槳控制的使用首先是要對槳距角進行有效合理的操控，相應改變槳葉的迎風角度與整體輸入的機械能量大小，它的位置也是處于最大功率點以下，也會留出一定的容量以供備用，從而對頻率進行有效地控制。在風速較為穩定的情況下，槳距的角度越大，機組的備用功率也就越大。變槳技術在風力發電的運用當中，具有較強的靈活操控能力，調節范圍也十分大，并且可以實現全風速下的功率控制。但是它的執行機構為機械部件，反應的速度十分不靈敏，而且槳距角變化不宜頻繁，不然機組的機械很受到磨損，導致整體系統癱瘓。當前的變槳技術，主要應用于額定風速以上，雖然也會產生一定的維護修理費用，但是，它所帶來的效益明顯超于弊端。

4　組合控制技術

在風力發電的調頻技術當中，比較新興和熱門的就是組合控制，也就是把上述的三種調頻控制技術加以改善綜合利用，實現控制整體的系統化。風電機組的慣性響應控制、超速控制和變槳控制各自都有自己一定的適用范圍，并且有各自的優勢和缺陷，運行條件也不一致。在現有的研究當中，最大功率點一般只用于中低風速，而在額定風速以下大都會采用轉子超速控制。變槳控制雖然適應風速的變化，但一般只會用于風速大的地區。如果將這幾項調頻控制技術進行有效的改善和調節整合，就可以克服其中的各項缺陷，并有效地提升電網系統的發電功率。因此，在組合控制的方面，相關專家應進行合理的研究，并不斷地加以系統實踐，使其實現高效率的靈活控制。

5　結語

風電發電技術正處于蓬勃的發展當中，而其中的調頻技術也越來越成為風電發展的關鍵，國家也越來越需要風電具有傳統電源的功能，從而保障電力系統的安全穩定。在風力發電技術的進步中，頻率調節技術顯得尤為重要，需要進行全面的整改和完善。相關的專家應結合目前的幾種控制方式，不斷地加以調節和完善，克服它們所存在的缺陷以及運行的條件限制，從而使風力發電得以良性有效地發展。

參考文獻

［1］柳偉，顧偉，孫蓉，等.DFIG-SMES互補系統一次調頻控制［J］.電工技術學報，2012，（9）.

［2］趙國材，周前程.風能變換系統在電網頻率調節中的應用仿真［J］.計算機系統應用，2012，（6）.

Application of FM Technology in wind Power Generation

WANG Hu-cheng，ZHANG Fa
（Inner Mongolia Branch of CGNPC wind Power CO.LTD.，Hohhot，Inner Mongolia 010010，China）

Abstract：In modern society，power grid power generation system as an important technology，wind power gradually gets attention from the society.Combining with the present situation of wind power and reasonable application of FM technology，mainly including the variable speed wind turbine rotor inertia control，speed control，pitch control and combined control，this paper gives important problems in reasonable application of FM technology to provide reference for wind power generation.

Key words:FM technology；Wind power；application

中圖分類號：TM614

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0041-01

收稿日期：2016-04-27

作者簡介：王虎成（1986-），男，內蒙古烏蘭察布人，大學本科，助理工程師，主要研究方向：電氣工程，電力系統。